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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 ; ]$ h) L) h, k: D6 l9 f
% P4 U) O; L7 n: W, G+ ~


0 K6 ~+ k6 m8 [7 p. |( K8 M

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
* u" }3 V+ c& f- Q3 I1 o( C8 A2 h. T9 X* ^0 B! @; d

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。

  R5 ~6 c; g' r. u


: H4 L9 Y( d7 o, K

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。

    3 _6 @4 I$ A- r* p

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。


' p. Y% C, e$ C0 I一、HTTP网页服务器
4 g$ D! l8 k2 y' E' ^

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)2 y9 ]' d8 C7 _3 `" ?
  2. {2 Q% Y1 ?# B5 Y2 H8 O8 N2 l
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    : A: L, r. ~8 E
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);5 `7 [  y+ N1 ]) p' A
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    4 s+ E( S: h- |) |# \7 t4 {
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    $ }" Y  Z) b: @, k& |9 E) S
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , W! O$ `) f/ g& Y) M5 h; ^% q
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ; `) M% X8 L( a
  9.     int ret;
    ) u- m% g5 \) ]! P+ e+ r8 L
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ C; ^' e0 k+ D8 b8 a* ?6 y9 B- c
  11.         {
    6 z* \& D  F) G) C6 s0 a- Y- E
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " W6 w  Q7 H* [: m" z
  13.             return -1;
    4 J$ }$ n" w3 |, n2 }
  14.         }
      E; p* K* M" L/ p2 L  h+ m8 o  H9 O
  15.     int on = 1;7 L, C. v8 r# c* _" |: K( l5 ^
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)4 M3 w$ @  `" a) g
  17.     {
    0 K3 N# Y; Y6 t; ^' p" d
  18.         printf("setsockopt error\n");4 r* i5 n: W4 ?6 ^" l, [
  19.     }
    1 U7 J7 b: h; v# a
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 o+ G' j# G2 p8 k+ \: V
  21.     if(ret == -1)3 ^& A& b8 m. Y9 w
  22.     {( e* v$ B9 c$ I5 R; a- b, J
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");% `" M8 S* p3 A' |0 k' E  W
  24.             return -1;
    8 t& X" o$ f8 u
  25.     }+ T3 }$ u6 c9 E
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 m8 a  r2 t$ @+ J$ |  _& w1 u
  27.     {
    7 U7 v2 z+ _7 e( E' w+ C
  28.             printf("Listen failed!\n");8 @5 ], V$ p( r- n* \3 c5 ?
  29.             return -1;
    9 r& r7 v! v/ o8 m6 u1 A
  30.     }
    1 ?2 z5 @6 g* C+ E' O
  31.     return 0;
    ; \$ e1 R& v: [. C3 N! L! ]6 o
  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);5 P/ J% U/ g2 C, c8 s& n
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    $ z* z% `6 b5 D5 p
  3. {+ |- h% c( X6 b$ F
  4. 。。。" k% Z" ?9 G6 K2 a3 v# p" O
  5. while(1)6 b5 i/ v0 |0 x' g2 W) B
  6. {8 e- j5 t/ e5 y8 x9 d
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    : E/ ]& ~: a, `0 e! s6 o
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    5 R+ {! s& ^3 w" D* _% h+ U9 o
  9.     。。。& A* P- ?) E; v3 x
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);# O- {' v( `  n" k" R" D5 n5 [! z1 X2 j
  11. }
    8 h" u0 w. ]' U3 a8 O, R* l; i
  12. 。。。
    " Q1 H) ]; [9 [
  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);3 F+ H* g4 E2 N& c# }
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    3 x9 |+ }% `+ f! `+ x5 K
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    3 G( `5 @5 c% }) J) N! V5 H: H
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    5 u4 H9 {( W- b( v# Y7 f( W
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);* p) D, T% h  Y. I; f; W
  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;
    - o( E  q! O& w+ l( u) z* t7 }
  2. pthread_cond_t pct;' c0 E  L! K- v6 D+ E8 k+ V5 Z1 [
  3. int main(int argc, char* argv[]). h/ ]4 Z( [0 s4 Z$ R
  4. {5 ^* l2 k0 |' @8 p4 `6 e" c3 @" l
  5. ...
    : d$ Y# j# Z# v/ S
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    $ K$ |: l7 C/ s6 |, J/ i
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    2 x. l, M+ N0 I7 v4 v- a3 Y
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);# J4 {4 R) l( q! h. u3 H; X
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    9 F& c  {! {  Q% W: `* f: ^) O
  10. ...7 T6 E) S5 b- d. E: H3 w
  11.     while(1)/ r" B9 f* t  }# f) Z2 h5 s
  12.     {
    & O! w4 J. }+ h5 p
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * _' p1 S3 |4 `( i) D+ u
  14. ...$ F6 A8 V8 E$ M% [: u  W
  15.     }, @6 O3 g. A3 n
  16. ..." ?' K. E$ W' F; u( A
  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;">
    2 x4 `7 {8 s" `( `$ \1 _
  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" \6 t* w7 L  R6 \
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    . b' E* p' ^9 H7 |% ?: \/ B
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    * P+ Q8 j6 I2 g! g$ K0 u" ]- ]6 A3 I7 V9 @
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ' W- M1 _" C8 V. K* o1 v- y
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"( G' N3 T$ T. c* L, c3 k
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    9 j$ z$ R& L4 r3 k0 c
  7.     printf("preparing header\n");
    . U  Z- J- [0 J
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \3 r% W0 R- U7 J" A5 I) s+ e
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \" G6 x0 X$ o% X5 U9 P0 W- L$ A
  10.             STD_HEADER \
      v" F! G8 x# g, ~
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \1 h3 \4 ?5 ^" Y7 x* I( [# e6 ?
  12.             "\r\n" \, `' O0 U' Z* M
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " S& U# x- M3 v  ~5 z
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0); M  v1 }8 P3 ^/ y3 e
  15.     {' T% I& d0 L) p/ y  W! S" g
  16.         free(frame);
    1 A2 s8 S  o3 i' \5 U) U& L+ G
  17.         return;
    ! a" b, \$ [* {4 t
  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" \; K2 j. c* g7 C: G- n, X
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    7 x+ q& b: H: i$ A! o( k
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    " H# R% O8 F) e: b
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);: M& e7 M) N( ^6 Q. @  Z
  5.         printf("sending intemdiate header\n");/ d) X, i. v6 v
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' [* R! o( e0 S
  7.             break;* x) W7 r+ F& Y; h' j
  8.         printf("sending frame\n");* t! ^5 \" p) j
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)# H% V$ `1 U: c4 ^. Z$ T! C' v  T
  10.             break;
    6 |* Y) r, o3 N. F" |  |9 z
  11.         printf("sending boundary\n");7 r: c/ @, P! _3 T" W. f! }' B
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");1 h" ?7 _* T' |: e1 y& ?) L. i
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' [* d6 j- G0 |' z# i, C5 i
  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。


$ E1 d; O% l4 T


* [) X& H, u4 S" E8 C二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:( Y- h" o! _1 U. H( b; S$ E8 ^
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
      ]( `/ K) P! b& [
  2. {
    5 v* K5 A& \# a  W6 u, w
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    5 ^5 G6 s& @  X: o% n
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ' T: Y6 l  M8 |) ]. h6 I: f3 c
  5.     {* z, V: Y* a6 x( U- H
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");2 ^* p! n7 v# s, K+ \! `
  7.         return -1;
    ' N5 L0 `) o9 S2 n! H4 A
  8.     }
    ! x" J2 J2 p2 G- m* z
  9.     addr->sin_family = AF_INET;/ ~. `! G7 f/ h" q1 z9 `
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) n9 R5 }( q0 |; `; C3 U
  11.     addr->sin_port = htons(port);' g# _9 f& p7 h
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);; f: b3 `  p& y8 n% S
  13.     return 0;7 P, q9 v) ?2 i* C1 _3 d, q! Q
  14. }
复制代码

; {0 N  h1 r$ ?1 ^+ F
3 T" p, |0 H; K- y# u, {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:2 z0 H3 y/ Y0 E7 ^( c( S

; L9 N% h0 X7 g& `: w! G0 y5 i# f7 y# k  g  k2 ~4 Y- q* I  p
  1. while(fend > 0)
    1 j" V2 H/ M5 {' D& A
  2. {
    1 F, A, Z; ?; I% n8 `
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));( t* B* C: |$ O
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);' ?. m- k  f' o2 r) K: s# g
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)7 w( X# v. U5 F* i: u9 V
  6. {( ?0 a3 M5 x) j- v6 M" `) S
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    % |: Z3 Q: |6 Q3 {. |/ O4 _
  8. picture.fin = 0;$ n0 `! C* a. S
  9. }
    * j9 `- i- x; L$ w/ V
  10. else
    ) I( j8 Y( i* I4 ^1 Q5 P5 F+ M) S0 O
  11. {: Z) @" l; K1 n( @
  12. picture.length = fend;
    + c- z3 f( _8 P" v8 ?% a
  13. picture.fin = 1;( b* T6 _  n. a# u
  14. }
    8 r% ^1 n# V# v- l' z# k: l
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * D$ |+ {; W2 }0 D
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);; r9 M- V: T7 h6 _
  17. if(sendbytes == -1)
    + k$ W4 \5 ~& @
  18. {
    / N2 t  I. K) j; o7 ]; O9 ?' c# H+ G
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( |7 F) ?$ q/ D+ N/ W
  20. return -1;
    ! o/ m& w9 A" O1 |9 ~( d4 q
  21. }
    * `% q( B$ i7 n& M
  22. else
    0 y. W: a8 r. ^. z
  23. {
      x% o# @3 {/ Z% }. m; w
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;. D. ]! k* ]0 z0 _
  25. }
    & \" r% E6 V( c6 @
  26. }
复制代码
, ?, S# c, d- \( T, N5 Z

, K6 @/ q/ Z( m0 _1 j) p


/ Q' b' A! x/ O4 S' m5 V3 d; D: M, ?3 {
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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