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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 ; e, P: \# t( |: |
, B, v! }# L3 x/ e5 X1 y2 x1 z


6 E0 V, G2 m" ?( ~3 P4 b

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: X2 a* J2 \% p

0 t$ A" A) ~! R1 R1 H4 H" y0 |2 o

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。

! P! k# ^& }: N) Y2 ]% x6 I# g


4 ?6 z* e' V% r: m. _7 v

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。

    * X2 u+ d; q& u3 J

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。


4 k) b$ X$ P( x9 @一、HTTP网页服务器
8 t/ q7 D! I2 M$ n, P. x7 y

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)
    0 N( B7 V' G: P2 O+ p
  2. {
      X% k$ p1 D! L# D, _4 o
  3.     struct sockaddr_in servaddr;8 |% N5 J, R- F. Z( K
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    8 @8 \! w& ?. E3 {9 v
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));' V$ ]* i; d, `. |  m+ X: V
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;8 j# Z. ]) P6 N( y3 X
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - T# x6 X) v6 R: I6 g+ b
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    & }% T8 G! a: P) x; t3 }
  9.     int ret;" a& A  A- l  ?
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; F& W, }) i' g, U
  11.         {
    7 g) v& c5 N- H+ H- W
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);: X; L' e8 n$ Y. X* i# u, V9 o
  13.             return -1;
    5 D: H' t" v  R4 d  A/ n
  14.         }
      f, M, ?7 g" @: G( }
  15.     int on = 1;, q3 f+ l* ~. d+ D9 }. _$ H7 |" N
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      D: F, k- }  \6 |
  17.     {2 p: y/ \6 l% ?& ^; @- c
  18.         printf("setsockopt error\n");
    5 ]& M0 U0 Y  q/ `; n9 h
  19.     }
    9 b" Z5 N0 z" v% v1 }
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    0 y1 o# Y% Y  L9 b& u# J$ T( m
  21.     if(ret == -1)% a9 R6 v3 @" U: u' ~& f- q& M' _
  22.     {, c% x; i* M  x( r
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");. M, R5 h$ W7 ^+ I
  24.             return -1;/ M6 `* Y. i$ l/ ~' q
  25.     }$ n* J4 s% d( _$ E2 u- ]
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)) e( {* c8 D# }2 n* N! w; \
  27.     {
    : k9 m- z0 j4 c* ]$ h
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - |$ D/ [: t+ m3 }
  29.             return -1;
    * {( R3 g; R% W  @
  30.     }
    7 n7 ?. e; u) r( v) T( d+ U' C
  31.     return 0;' F. A8 O: z! `9 p) H
  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);! [, S; x4 e5 S- r( I! y& T8 b+ C6 V+ n
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)7 z+ @- n0 m: Y; A
  3. {' B: v( a6 y3 \
  4. 。。。' {: G+ a/ F3 i
  5. while(1)8 R4 Y+ t# ?: R& Z, t/ O2 Q
  6. {
    - o: }, w2 Y4 D0 m
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);* |5 U) R* q- m& R* @! c
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");6 [0 a1 @7 c( }5 \
  9.     。。。8 w9 i- _0 {" q# w
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ( x/ U5 e# ^! h8 |+ j' b
  11. }
    : M3 X  H' \( p2 E" |1 q4 X# u9 L
  12. 。。。9 B. [1 K. C1 n4 f4 r
  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);
    ( F+ ?" [3 d/ B0 ?9 v4 m7 l
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;) H! d9 t  Y- K- d! Y
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    # A3 D( J: w" F
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    / R, b. `4 A/ q; z; j: J0 m- `  m
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    - C- W, G, |, Q* H+ x
  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;9 B8 d8 v6 B+ c5 U+ V. \  D4 V/ y2 \
  2. pthread_cond_t pct;
    8 _/ I3 s$ Z4 J; e  ?, E  d3 W0 J
  3. int main(int argc, char* argv[])' n, r% x9 Y1 r/ U  ?
  4. {
    1 u# r/ G) L% R- |$ P8 }+ r
  5. ...& G& Q2 W+ A; f; E- F& `6 R9 J8 s) r
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);& }- t$ ^" d( T0 y& D- s9 M
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);. ^0 M* l! b& _) y) t
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);, B4 S' Y; X# n/ j: w$ [: K
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    % s7 }, Y8 {/ e' B& ~, O, S
  10. ...
    . C# S- T' n; V7 |0 x; ]2 Y- I
  11.     while(1)
    : H8 _# _: y0 l' U% h! u$ o
  12.     {/ }( @" {2 [  x" W, j5 J& u
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 R+ }$ P1 m- p- d. P$ a. B, e
  14. ...( _+ K/ E* W6 A6 e5 g; @
  15.     }6 B. B2 m2 s9 y& M6 U
  16. ...* A3 e2 C' L' |. F' W& O
  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;">; r2 @$ @& }" d# 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" \  t; ?& M8 j3 J- v% J
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \% A( _" G; Z$ T  Q" L
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ' I) ^2 c9 \' H! K: I* O' a
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \2 v" l  F1 E' p7 n5 ]- {% h
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"" Z# B) T3 s) c( Y+ _
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"" R! n$ G4 V& l, L
  7.     printf("preparing header\n");# z1 s/ n( A- n( _% ~; R
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    - `! P/ @, L2 \3 D5 R: F, q0 V
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \' j3 t$ i1 V0 B% t) r3 d
  10.             STD_HEADER \
    ' W3 G. m* `( d
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / h, {3 n1 s1 n! B! `4 t
  12.             "\r\n" \; H& m+ t3 X( D" q3 W
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");, A2 u1 N$ J6 v) f6 o7 A* \7 k
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0); S, ^( K* z  I1 ?) O2 p% R& [
  15.     {1 ]: h- u" ?5 v) i3 e* }5 y, P
  16.         free(frame);1 M! [) d% b7 K  X1 m, L# l( U
  17.         return;5 r, O$ B( w- o7 Y, d# D  I
  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" \
    ! u0 K( ^; I' E/ _' F
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    " p4 N9 @$ ]% V) g. E# s! ]4 u9 s
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    8 ^. O. g* X) ~* M; P6 Z
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    1 N. ~: H3 w% X' h3 U# \1 g
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    7 I0 x6 i8 M4 ]/ F1 w
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)/ ?2 i* _8 v, e8 |4 r% V9 I! _
  7.             break;
    ) T- }( {  O% g7 c5 ~+ q8 b9 a1 n
  8.         printf("sending frame\n");
    " L2 q# \/ \, O8 x7 [" }. Q; b4 K9 G
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0); Q: k+ ^6 p: a# a
  10.             break;& G$ Z& c3 g8 H% {8 F: A" `7 |
  11.         printf("sending boundary\n");, B# ~. B/ v" k; n  X
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");6 \1 S: e" @8 t8 m1 ?8 G1 [
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)3 y" p, g' A" i2 b. ^$ v
  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。


  @' D8 v, T6 F2 {- ~. x

* ^) R& W  N/ G
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:9 ?2 q. N; z- M" V* u5 F7 ~
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)  P: `! i; v( a2 A6 q
  2. {- m! P. O. t1 U  c; L
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    4 k( C9 S  A( m8 v7 i
  4.     if(*socket_found == (~0))
      U3 _/ b. M) M! P
  5.     {2 v, M5 }& D' y2 h& h: m
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    # a* r/ x/ _2 k/ t7 O# v: C
  7.         return -1;7 H: e3 l4 I% c4 u9 j# \" {: b" g
  8.     }5 r" ^' y  A! Q) V# H
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    7 P. J( R+ B0 d8 G
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);4 G* f6 q0 _/ v' }2 k. a
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    * r+ I, g! h7 j* H" s
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);6 I5 R. j9 h' ?- ?8 u
  13.     return 0;
    " g, W) S7 W/ R& N3 D  J
  14. }
复制代码

3 g! g% G& p/ D6 [4 ^, l" o
5 ~2 Y. U. q4 W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:6 J9 v  m, }7 v# s8 j( e7 J
& p. w1 F2 M, L/ h- j

( c. ]/ t, A1 c
  1. while(fend > 0)
    4 ~7 S$ r, I% C) Z, \
  2. {
    ; N6 f3 _, M+ N6 s1 n: i
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));4 F; h  w( @* F
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);7 _. e* B& n( Z/ p  n- ]3 W
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ) b! ^" c9 E! v  x' ^8 d5 F
  6. {6 g4 y' K. z, t) N& }2 D" k& c
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    ! E4 Y7 ?: U/ k" P
  8. picture.fin = 0;) P7 _- A# C+ S% ~2 V0 `$ M/ e8 Y
  9. }
    & M) T! |9 [) p
  10. else
    3 w# f' }+ F8 `
  11. {
    ) }' N! R  ~( K; R3 `6 Z
  12. picture.length = fend;3 P' u8 C) ?' X) M8 `4 T+ P1 P
  13. picture.fin = 1;
    / C' |9 Z" _7 j- P8 Y2 Z# w
  14. }
    2 O: c8 r( P7 G. y, M
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 [: F# b2 v2 `/ @3 M0 N' C0 Y1 z
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);: \2 T0 O9 f  e1 |% N
  17. if(sendbytes == -1)
    ! d2 J' f4 e) h* B. N
  18. {; ^( W! e& t* K. m8 j- L  j7 ]
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 r0 O; N3 S  s3 d) z5 s4 a
  20. return -1;2 g; V% p6 f+ Q$ ?3 t, O" y
  21. }
    6 E9 \3 b# ~2 _
  22. else# Y4 m& U# P2 L$ j; V8 _/ \) U" T: l! f
  23. {
    : q1 H5 G. f6 q) T# Z  K
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;  o6 J1 v% F. y
  25. }" a( G6 `+ K+ s# _( P
  26. }
复制代码
" I& d. N& t6 s
+ l; t8 \! {  ~4 G% O

2 K/ i: A3 A/ m( S/ s" f

6 a, e- D2 Q0 m( J; e. AiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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