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[帮助] 发烧友实测 | i.MX8MP 基于HTTP网页服务器和UDP上位机的MJPG码流传输(mjpg-steamer)

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发表于 2022-1-27 10:54:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 飞凌-marketing 于 2022-1-27 11:00 编辑
5 y- o; Y+ ]: G, U; R
- ]6 {8 o/ |, a) y, U3 s: x3 X


5 g8 A" q3 `, @

作者|donatello1996

来源 | 电子发烧友

题图|飞凌嵌入式

iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
" J7 q4 X) a9 i' U* Q/ M, m2 C, {+ s! H

本文采用的硬件板卡为飞凌嵌入式OKMX8MP-C开发板,系统版本Linux5.4.70+Qt5.15.0,主要介绍基于HTTP网页服务器和UDP上位机的MJPG码流传输。

MJPG格式作为一种持续传输的视频码流,在远程监控领域中应用较广,而实现这种远程监控的第三方应用最常见的有两种:浏览器HTTP网页、UDP上位机。

& |- U8 D7 S2 S( c, \3 Y

" v# P5 q; Z  C2 d1 }

两者各有优势,对比鲜明,其中:

  • UDP上位机:传输效率高,上位机编写方便。

  • HTTP网页方式:客户端无需安装上位机,只需要一个浏览器应用即可;客户端访问服务器支持跨平台支持,无论是电脑、平板、手机,还是Linux系统、Windows系统及安卓系统都可以,只要有浏览器应用都可访问,而UDP上位机则受限于目标平台,不易移植。


    % x# i& G: V: m

这两种应用各有优缺点,对于嵌入式开发者来说,两者都必须掌握。


( b* i. f. U/ `- W一、HTTP网页服务器' z' ~, f4 w1 m- p, q0 T

先说下HTTP网页服务器获取MJPG码流的代码,首先是OKMX8MP-C在开发板端建立TCP服务器:

  1. int TCP_Server_Found(socklen_t* socket_found , char* ip , int port)
    - L7 U5 g8 g$ b2 S: [* M/ d% _
  2. {
    ' i8 t! `+ X6 I4 i" Y
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ( G& i, b, C2 {/ W. P5 a
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);( O, V7 y* A5 c. W% J" c/ z
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    ( ]6 Q8 g  S2 q
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    9 R. f1 l1 X5 {* P
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' X8 J" l1 p9 N; {$ C; k1 r1 I, g
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% D6 O2 `* F( [
  9.     int ret;
    ! w- R* j9 j! i$ r! X
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)3 F+ J' i/ A/ H1 N# @
  11.         {
    0 C* j- S! z- K! }
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);5 N0 W7 V- p7 o+ A
  13.             return -1;6 L1 [) u( e; G3 {, a5 l
  14.         }
    2 M) f0 J, O) O' D
  15.     int on = 1;
    . K; X9 D4 F% B/ |5 v: e
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)7 T7 K' z& O0 |3 ^) L" _- c+ E5 X- w& _
  17.     {, I5 o4 ]% ^! g: O
  18.         printf("setsockopt error\n");* ^* S( A1 n: n  W8 Q
  19.     }
    : s0 M1 h4 I4 P* Q" k
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 f7 N( r' g* c$ f; p5 c
  21.     if(ret == -1)% m4 ^, a) @$ G4 v
  22.     {- M! `+ _, V3 i: D) m& _6 }2 O* S& t
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 i+ M% e1 R/ r/ M7 i+ ]" D! y, d
  24.             return -1;
    0 M. u7 @) }8 T, o
  25.     }% T3 L" q  E4 D* l
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 z/ l  L( {5 q& Q* O
  27.     {
    # H2 e5 J( H5 L9 u/ t3 O
  28.             printf("Listen failed!\n");7 c& p8 m1 O2 _" Q" ^+ S0 o- }
  29.             return -1;9 z8 ?9 L* G& o9 ?
  30.     }" x2 A8 }9 Z; k6 ?* f' U
  31.     return 0;
    0 {1 m+ }) M( w( O4 R1 `# F; J: v
  32. }
复制代码

其中setsockopt()函数是可选的,一般只用于规避socket()函数的建立错误。

建立了TCP服务器后,返回的socklen_t型实参在后面的HTTP网页服务器中需要用到。

HTTP网页服务器所属的TCP操作是需要另起轮询线程来让客户端进行accept()握手操作的,accept()之前的listen()倒是只需要执行一次即可,accept()握手操作和recv()接收操作需要创建一个死循环线程:

  1. pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
      l6 [' j3 _2 T! r' g9 F
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    / u& @/ V. D- F* H# I. b5 F
  3. {! F+ C/ c) k7 B: X+ L
  4. 。。。5 F; O. B# `+ |. J
  5. while(1)5 `5 h- E2 f: l  k8 \! e
  6. {* {5 S1 }: \1 S  Y
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);5 {9 C8 g; C' n7 l8 s
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    0 B- b# H- A' p6 a' }6 P7 Q6 ~
  9.     。。。# E# o- K/ m* j4 Z* ~1 a* U- t
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);: V6 n* a- q- k8 ~" p
  11. }
    # Y8 Y) G, x6 P) G& u
  12. 。。。$ `) C4 {6 r1 U
  13. }
复制代码

MJPG帧可以使用Grab操作获取,获取到的MJPG帧需要在TCP线程中读,在Grab操作线程中写,这种被多个线程访问的资源需要加锁防止读写冲突,即资源被Grab操作写入时,需要上锁,不允许其它线程访问,操作完成时需要解锁,允许其它线程访问:

  1. pthread_mutex_lock(&pmt);, v+ l6 W/ `$ k# p9 `. Y
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;% w, p  B, h% u- ?
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;4 ]* k- {8 C% Y+ b2 ?0 H# f+ I
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    7 G% }. J1 h5 n$ m/ o3 R
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    , Z( ?- \! y3 Y9 E
  6.     pthread_mutex_unlock(&pmt);
复制代码

线程互斥锁使用之前需要初始化:

  1. pthread_mutex_t pmt;
    * p( c$ Y' u1 `
  2. pthread_cond_t pct;2 ~; S( E2 {* v8 m8 v$ g7 V1 x
  3. int main(int argc, char* argv[])0 B) C1 d9 S( u# B, G" W8 z% R( c. X
  4. {
    9 V. A6 e6 @0 }$ a1 t+ _
  5. .../ ?8 [  q2 r: D, x7 `: Q2 L
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);3 t' v& Q% f( q! G) _3 ?
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    ; w& b( q" [) W6 B
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    . u; t) D' y& F7 O+ d
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);: t; x5 {" o7 ]$ u/ V9 {, \- W0 i
  10. ...
    7 j3 `1 r5 d9 O8 X0 ~
  11.     while(1). @- M% R  _! [0 W) q; I8 h
  12.     {$ W0 T* g: d) \$ g! N
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);8 S& @9 \- [( l# k3 [5 v
  14. ...
    6 \( M) W/ O; {7 q7 G" B5 L8 {
  15.     }+ X6 t; @$ B3 n( i* E1 U# K
  16. ...& O& w- y4 p4 R0 I- P. r5 r
  17. }
复制代码

然后是发送的细节,发送图片文件之前,需要先发送HTTP标准头,这个相当于给发送图片或者其它类型的流数据铺路:

  1. <p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"><span style="text-indent: 32px;">; h) v& E  q4 q8 q% W! l
  2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>
复制代码
  1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
    * i: p$ h+ A& G5 V7 a- `* T  A
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \- e( Q5 C$ C: ^, y) W6 Z+ [% p7 ~
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ; r6 X5 H6 y( T, y2 ^- J
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    1 y; V0 h% d: X. ~
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    : M$ q4 e' z' f! D/ a9 B! Z
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    1 b0 x5 L! k* f! U4 S$ j! Q  a) B
  7.     printf("preparing header\n");
    * y8 \  [4 C- [" ]' j+ C8 |
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \. ^4 B: e( j/ ]9 y- s$ o) h
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    $ Y. Z! T  g9 z8 q* B+ f" ?5 H
  10.             STD_HEADER \
    7 G! |; J* q- T/ i# v' f
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 F! Z, a! N5 q: L
  12.             "\r\n" \3 o0 E& ?/ f2 ~( M5 L
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    6 Z% S" f8 i" e6 R$ `
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 C" r' ?& l, x) M5 [8 x
  15.     {' U6 }# n7 @3 A$ {
  16.         free(frame);
    ( Z$ w3 v* e# w
  17.         return;
    , t0 a6 a5 M, M" ^/ ^5 b5 @, O/ Y2 w9 ^
  18.     }
复制代码

发送完HTTP标准头之后,就需要发送内容头(Content-Type),这处的Content-Type为image/jpeg,同样,HTTP标准协议里面image支持的类型远不止jpeg一种,发送完内容头之后就是正文和boundary结尾,这样帧完整的HTTP头发送到指定的TCP GET地址,就会在浏览器中显示刚刚发送的图片:

  1. <pre class="prettyprint lang-cpp" style="box-sizing: border-box; font-family: Monaco, Menlo, Consolas, &quot;Courier New&quot;, monospace; font-size: 16px; white-space: pre-wrap; line-height: 1.38462; color: rgb(51, 51, 51); word-break: break-all; background-color: rgb(245, 245, 245); border: 0px; border-radius: 4px; vertical-align: baseline;"> sprintf(buffer, "Content-Type: image/jpeg\r\n" \
    ( ^3 Z/ d* Q4 ?" @( \6 O5 T: }
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \* g* {) W+ B6 }7 s* z$ Q( Q# ~
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \1 Q4 B; w# {, ]$ `! J6 \. F
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    1 B4 {4 r1 ~& y! M1 B& {
  5.         printf("sending intemdiate header\n");0 K: F3 h/ x) f( w! E! W. T6 G# K
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)  A! N+ Y% J6 d) ^( `/ I% O! @
  7.             break;
    . |, `* W0 ~. r; K$ K! N
  8.         printf("sending frame\n");' p$ ^% t( i* e
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    3 P7 h1 B6 z8 }: E$ d3 A; I( X
  10.             break;9 g  f# \( Q* Q5 e7 i
  11.         printf("sending boundary\n");% G/ \% p  x' C- d, A/ V  s2 E
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");" _- Y6 R3 y" _0 T' r2 W) y9 S* o
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % e' N+ t8 F, F( z/ {2 Z, ^) ~
  14.             break;</pre><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; font-size: 16px; vertical-align: baseline; line-height: 26px; color: rgb(51, 51, 51); font-family: " helvetica="" neue",="" helvetica,="" tahoma,="" arial,="" "microsoft="" yahei",="" "hiragino="" sans="" gb",="" "wenquanyi="" micro="" hei",="" sans-serif;"=""></p>
复制代码

另外需要说明的是,TCP服务器线程在发送MJPEG流的时候是死循环发送的,因此TCP客户端在发送完GET指令之后,就会收到TCP服务器循环发送的图像缓存,TCP客户端会陷入忙等待状态无法再对外发送任何GET或者POST指令,从客户端使用者角度来看的效果就是网页一直在等待。

0 J' p) w, a) s. y- c; m8 F# H

4 N7 @2 T5 S7 U1 v; l
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
7 |3 q& @1 I6 B: J% ]4 }
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port): V# b- b3 i' h! G/ W, {
  2. {
    + [" x6 v1 M" N) V% \8 `
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);7 f: E2 w4 O* {% i/ N
  4.     if(*socket_found == (~0))& |+ G7 G) l1 O
  5.     {6 f" G# i& W# o# a( H: y. }# g
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");: ?2 K3 E4 V5 t, T2 ?( ?
  7.         return -1;0 R" U( x0 j& _; u
  8.     }: _$ B9 G+ ?% S) a, b
  9.     addr->sin_family = AF_INET;& ~$ a. d& {- G4 U* P
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);- o& b; a" `' y, e
  11.     addr->sin_port = htons(port);# R3 ?- C( p, k# L
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 G0 u5 G- j& V2 S5 \2 I" E
  13.     return 0;; O7 _- o- K( I, Q& s
  14. }
复制代码

; q" k: E: x& q7 E
9 h- O  p/ n1 b; }而UDP文件发送则要比HTTP发送简单得多,只需要将文件切片,每一片为固定长度的UDP帧长度,逐帧发送即可:
" M) T8 c% F; K& p4 C9 f. J
  z  L% y, {' j# @" W: g- u* |1 I% z, L% N" H' K4 Z
  1. while(fend > 0)$ K8 R2 |4 c$ N) ~% n" k
  2. {
    4 W* V2 |, T1 [
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    9 p+ M- D( ], |0 M; {: y1 [
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);8 E. t) d9 Q  v0 y8 X
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ' P$ p/ _4 d* }- W8 g4 @
  6. {
    ( g& {: x7 T$ ]2 m5 Y% m
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;$ b- X) l8 `2 m# l* N
  8. picture.fin = 0;
    7 C( M) t6 L" }
  9. }# q' C& v- F4 M! M! f+ {7 |
  10. else* T2 a( h- N+ P1 v" J
  11. {1 G/ C1 w, ~. U% V& \# J
  12. picture.length = fend;* \+ I( _+ i% y6 d8 e5 H
  13. picture.fin = 1;
    & v3 ?6 D8 L' ~; \8 ]  S
  14. }
    ( M5 z# C0 W( D% ^1 r
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);7 o/ V: {" U0 S. F0 d
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    : m8 l5 q0 V3 Z- F% J6 k9 `
  17. if(sendbytes == -1)
    . K" Q( L9 r: }' W) [3 Z
  18. {* y/ B6 \; h) m- G; M/ i1 m& U
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");; L5 A- ~# k+ S8 q0 Q, @
  20. return -1;
    - v4 U! C2 N8 }  `9 a
  21. }
    9 k& V5 z5 g; @
  22. else
    6 p; d- _9 k. ?5 y- `5 r
  23. {9 T  y- U5 N: I# O9 Y
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;- Z' k  V; n+ T, k2 M1 k) c. F
  25. }4 o# ^# t$ D  u& d
  26. }
复制代码
1 H8 S' {! {, J
: ^) E  P# G" f9 U' Y

2 r  w9 B. ~" l

. w/ ^* T0 k1 r5 SiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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