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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 Z4 Y, T/ y7 k, I7 T2 Z1 a
3 g" n) R; w7 Q! p


* x  n3 n$ p( @" v+ B! U

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
& H. P3 G. u! V- P) i* V! u- O3 V& V) w" a- r

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。


5 f6 u5 U. R6 ^7 Z3 J+ X' O


' C! u- X4 Q: a/ e5 z7 e3 c( Q( y

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。

    " b/ b- ]: f7 q) m9 e+ N; L* {) S

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。

' n& X5 ^# ]" e& S  }
一、HTTP网页服务器' s! u& b6 a3 X+ w

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)# V! h+ y" y% p- W2 n
  2. {( d0 z: W& ^: ?& u; B
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    * a; @7 y" c4 U+ u0 c
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
      p' L! }- @# V
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    * _, J' P+ l! u! Z4 U( k/ R9 F3 r
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    6 u" V9 l% n4 ?. v6 h
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 q/ m) B2 g( M. {3 {  s6 E1 n
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ( {/ s( ~, W% u: u* b) t
  9.     int ret;  N, z& k6 v4 Q; g7 S3 B
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      G5 [. W0 G0 b8 q! y% I2 K
  11.         {2 l9 b$ {% _1 n7 S+ r% D. m: i
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 v# ~& K- Y9 m( z. m
  13.             return -1;
    5 Z3 j( Q+ x9 J! P% U
  14.         }2 b! ~& s9 L- R1 L0 V
  15.     int on = 1;) e0 D2 l6 o, u! @
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ; Y* Z( C7 `/ P, i
  17.     {
    ( }8 ~+ Q" D9 b! ?7 E: o
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ' ~2 q8 W" ]9 c4 _# b2 e5 x
  19.     }
    , U, h! Z( D5 u" Z
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * P6 n  H. e6 i1 i1 v- A& E
  21.     if(ret == -1): t. L( ~  C" f2 V0 V
  22.     {
    ! H4 N. T. ^! j" G* w: r5 E6 s
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");. v1 A# X+ w5 g# B4 w$ ~1 O- a
  24.             return -1;' o% ~; a' Y0 o) G- V" R( R
  25.     }
    1 e& t+ S4 u1 ^
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 E& I! [% Q4 C/ k; h+ W- M$ q
  27.     {
    $ B: f4 T, Y: m5 B
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - {! n2 [, I9 P% o4 T9 J0 ~- ?8 |
  29.             return -1;  j$ w& @6 I3 a$ F9 \
  30.     }
    4 M: b( e5 o/ H: @$ V
  31.     return 0;
    * u/ b) W; }8 G  S! Q! x
  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);2 R" c% B; ]% o' c( g3 x/ F/ }
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    " z, c! x) P* z' }' [
  3. {
    : @' f" {3 Q/ q- I4 v/ s5 s  T
  4. 。。。
    * u- ^- m) g2 Q5 j- |& n$ L
  5. while(1)7 E1 N' {( `+ M2 L7 |- L. W
  6. {
    0 n3 K# _- E8 w% {3 B
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);5 C* M" X2 J& {7 [. }4 }; M+ {/ F- X
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    % w, g; I4 W/ n+ |
  9.     。。。
    8 M3 Q; v2 X% L+ c6 t! e
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    8 Z# u2 G9 [9 k1 v) B0 C
  11. }
    * O6 j5 X* C( U& ^' b4 ~, Q
  12. 。。。, A, d" P+ T! \! y) x/ v9 r, a' d
  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);
    4 ]* q* Z! B4 Z9 j
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    . C$ v" k9 y& v" Z( T+ J* p
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;' X, y) q, m; x) G- K" \3 R7 c
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    8 j( W  ]6 b; d  i* x& K2 q
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);9 l- e* J# K: |
  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;- x& `$ I" ]( e+ y: z9 L  w$ \
  2. pthread_cond_t pct;8 R4 u8 B# i2 O, L% S* B
  3. int main(int argc, char* argv[])* N" D1 N: n. d
  4. {
    % Y: S1 }  {1 p& |8 O+ k, `
  5. ...
    # T' a! F9 J, f+ N9 B% l0 N
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);  x) m3 _4 r8 w. j
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);% n# W. ^6 g! @
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    % E" g$ K1 T0 M/ x
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);; E  V$ R2 l% K& u5 T9 [7 C- v$ m8 u
  10. ...
    7 `2 W2 U+ Q6 ]: m
  11.     while(1)
    7 @2 F) H9 n# @2 M* P+ R. c
  12.     {
    ) ~; G! y$ m; ^2 a) B9 k' u; j
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 T( ^/ F0 P4 [2 Y% [
  14. ...
    + [. X& |& i7 N4 Q& U. g
  15.     }
    5 Z5 Q( p5 V* z7 t% e- o" V" O+ x
  16. ..., h. p9 }/ a2 G" w6 ]
  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;">
    , R+ t' T2 |6 n9 {0 U' j% ]4 P
  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" \. W2 B  S- ]. _9 T2 d
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \* ]1 c% S, b3 o/ r2 }- g+ ?# i
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \5 j4 [# E  O' C) E/ t
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \$ D) u, |. b# q7 C( p
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n". A& L# s9 o+ x7 d" X
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    ' `- k9 |5 p+ V  R3 d, W
  7.     printf("preparing header\n");  _1 ?) h) w/ l
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \6 {6 q/ _5 w, u1 N$ o+ t
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \% n% K: _( h' Q
  10.             STD_HEADER \
    . H. u. U5 r+ h
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \9 g' Y' ]2 O. S5 Y; R
  12.             "\r\n" \
    " a6 p# y0 y+ B9 i/ y$ V  K" v/ c
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : E5 \2 F6 x' [$ K) F/ d
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 E' P7 a, K: q+ w. ]* b
  15.     {: m* ?4 \8 ^& @' L
  16.         free(frame);
    & [7 j- X3 M5 X2 t, z
  17.         return;  O% `$ I6 Z9 N7 z
  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" \1 I' ^% M( A0 L4 [% v4 l( W) b
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \; u) x# F0 U% F( y( @" L
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    0 g  n9 M1 `% ^- ]
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);  v0 V9 I9 w; l. X. A4 I4 L
  5.         printf("sending intemdiate header\n");: J7 c( U" ^0 m/ D, m
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; {# H: c; f( e
  7.             break;. F! H# @: Y+ j
  8.         printf("sending frame\n");, Y% C- s. H: K1 D+ b# H
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)! s  r2 w' p& K( ^# V( a5 H
  10.             break;0 n' u8 u% O# |" I3 u
  11.         printf("sending boundary\n");2 e3 b: g. X* R! V& P& l
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! o. X$ a9 ]3 ~; |" |9 G0 R; Y3 q
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)6 M& q% p* r* f$ N1 O# ]0 ^
  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。

' B$ v; M- ~$ \( J3 v

( Z8 W7 D% q$ L1 V7 ?5 M
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
( s* k6 a+ D# I( t7 S( a
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port). J; A9 w$ ^# s6 t0 b3 q- v/ I( L8 H
  2. {' m4 t( r. s% P0 G0 K' |
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);+ b* s/ \) l- C
  4.     if(*socket_found == (~0))( ]! K( R: x8 z7 s6 O! M
  5.     {
    % F/ \9 g" N! u9 c. P
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");( P5 W, j! c% |* F; C+ Z
  7.         return -1;. o7 {& l- D. P' P$ Q2 U& a# t
  8.     }
    # M) o4 _' _7 A8 y
  9.     addr->sin_family = AF_INET;8 l. _' y' \  T' r) T4 E! a
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / z" z. ?" `: ]* d, p2 w$ y
  11.     addr->sin_port = htons(port);" P' e4 y' J1 l& H# d1 o
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);( O4 E, E0 |5 s$ G/ G
  13.     return 0;
    ! |3 D3 V1 \, |1 R  D5 r' V
  14. }
复制代码

+ q/ C7 B: a- k# ^4 f0 U+ r6 ]2 ?! i2 ^
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:
  b/ j2 @+ X! b5 Y7 h; t5 m7 z& |* a- _3 U  o! q
1 Q  R9 s$ b! \
  1. while(fend > 0)
    . o0 B6 X6 e+ ]+ X6 |9 |! r" z
  2. {
      {1 C; n+ @  [( c  r' ~+ o
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    $ a. K( \) K/ Z3 C! B+ K
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    1 u- ]: Q; V$ J/ v, ^9 K( {
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ) ?1 R& ^" V  _# B( y' V% }9 j6 V
  6. {8 S; a- a/ _1 N1 f9 E1 W
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;% `# n% X- E  I( A3 O; ?: a7 z
  8. picture.fin = 0;
    # Z5 v. r) g- X
  9. }
    . m, I  l% d5 A' x, l0 i
  10. else
    6 o! n" v  F' r! C, i3 A* {
  11. {
    $ i- [8 H0 x! f, B' M$ L
  12. picture.length = fend;
    " s9 w! N% u8 @
  13. picture.fin = 1;
    . L: ?! L5 B. ^
  14. }) @! b* O. ]/ \% a
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 y0 Y7 w; R4 |7 o0 r! m
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);' }1 E. N8 }' a% G! ?
  17. if(sendbytes == -1), h# J) ^4 o/ T2 H# Q) C+ G! a, ]
  18. {
    " Y9 \. r8 {/ V
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    1 @0 l" J# W7 x( N2 i
  20. return -1;* k+ v1 I2 V' w. V
  21. }( m, q" }  m  ]; s% l! J2 J, K
  22. else2 ?7 I3 I" W* C9 _$ I: n1 i
  23. {6 T5 f1 ^( N: o; z
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ( E5 u+ A: k3 V7 k
  25. }
      A* H+ E! o6 X! }' f/ K2 F
  26. }
复制代码

% F& m1 }8 s4 g8 W8 _4 }3 S- ]. L+ b) F' i8 U

" O- l5 L" }5 l; a1 I2 p
6 h1 V- R% z# l! _2 y
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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