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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 ' L5 b9 }& S' Z& F

& X! Y) K5 |# u


# C! x. A' ?' }, z9 ]% ~

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
+ U5 x  X/ W1 C) ?  U9 x# F- G) z. J9 C+ ^4 }: u, p

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。

' q) E2 t( [; O, A  _3 {


( E% K6 o/ e$ |% \. Y6 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。


    ) U2 v  G0 g* p/ z, n$ a

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。


  @' J6 z8 D' u! }' {一、HTTP网页服务器8 w, D. H& P' y8 P0 r7 u

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)
    6 M7 v6 q1 R+ L
  2. {
    ) Z" ?" r% r: o8 k' L/ n
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    # j7 Y2 D# P1 R7 K* [
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    - v. v* w% K! a! c( W! L) C+ E
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));3 k; S9 t" {9 i/ T6 N
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;' s/ m3 t) B- Z) W+ U
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);# ~- ?* {1 N  l2 n3 \# [4 W( M. [
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    # a$ P9 g" X" p3 ~' a9 i
  9.     int ret;4 }" j$ `+ }2 ~6 x
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( E0 V4 W4 R. E3 G9 o2 F" \+ a
  11.         {. m# U2 w. S) C' ]; Z1 `
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 R4 y/ R  g* X4 X. z) n  Y' a
  13.             return -1;' L# N" G5 l2 a( O4 A2 Z) j
  14.         }, }, I( A6 r. K* l6 G7 s9 |
  15.     int on = 1;7 G- Q2 r/ D  w7 j
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)) A: \' s) }; {
  17.     {
    0 ]. }& l. }; t
  18.         printf("setsockopt error\n");" D0 I6 b/ b; J& ]* |
  19.     }
      S) }( S$ P8 a
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);1 L* r# s. |1 @" n+ n5 [, z
  21.     if(ret == -1)
    2 X4 N' H3 @7 c/ S9 t9 I; V, ~$ z
  22.     {
    " i- ^" `* q2 {; [% T3 k' H
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");: j; X9 t  ~5 b
  24.             return -1;! L3 q; b* s0 T. O0 c. f
  25.     }2 _" B1 l( _1 D8 ]# \
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)& U* B6 X6 t1 H" S; r' r3 H( K! p
  27.     {% ]7 e; B3 V7 O, a0 H) \/ p
  28.             printf("Listen failed!\n");
    # G! y! L* l% w' b( j% k: Z
  29.             return -1;
    4 |( ?1 `' J" s2 ]$ f
  30.     }2 Z4 e# E' ~1 N/ {5 M
  31.     return 0;
    ; g. i$ V- e$ Z6 m! D+ Z8 l
  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);( `8 w+ s' v- Z5 [* K. x0 z
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)7 B& i" D, U0 j# b, q
  3. {/ V3 [& T5 l6 [* S! ]
  4. 。。。, J. x2 e3 q7 c9 g( G9 E- m
  5. while(1)
    $ g  P/ Z4 a0 c
  6. {
    - M% e( j7 C; ~$ Y# w0 |$ n& T
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);9 S1 }' \7 X, x
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");+ V% s# V% U3 \
  9.     。。。7 k! v; w7 w' q0 k4 g) `) T
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);% E3 N9 j+ N& r  U
  11. }
    & B& {4 y' j5 |% x
  12. 。。。3 B" g2 j. Y: u- o. 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);# q# Z8 P7 z0 S2 j1 m5 e6 y. `" s
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    : w* J* {: M7 [( L$ f; I
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;- ^, \7 E% [4 J$ j- y6 _  m
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    $ h: h! K$ ]- D, r9 B# B
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);9 `' |; b$ p4 J; O. j+ Q1 _
  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;
    2 V3 V, ~+ |8 @  k5 d9 f7 J( O+ f
  2. pthread_cond_t pct;
    / X- E, A0 P" }6 S1 V8 w, ?
  3. int main(int argc, char* argv[])5 b% |/ T4 R: u
  4. {& ~( B7 U+ J' m4 D# ~8 F2 w% ^
  5. ...2 b7 R& Y/ S: w
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);5 L% c/ p: w! }) Q$ e5 k- D+ c
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    & Q* |  {. n& w8 K5 \
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);6 T# @' `! U" q  t5 Z
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);( u/ c8 j0 k% n7 @
  10. ...
    * y3 s1 @9 y! W$ i7 {7 {
  11.     while(1)
      X1 L, g+ k% X$ Q$ A2 [: g% S% L4 U2 `
  12.     {) Z& `0 W" H% S4 s
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ `/ j3 m% w; x  V$ p2 T
  14. ...
    1 X& }7 k7 x2 g
  15.     }
    " ^2 x$ M2 u* R( l
  16. ...
    & k+ G; [5 r* z( B$ K
  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;">
    # J) a, L% N9 i9 p* b/ K
  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" \
    0 B; J( b0 R3 R) C# V% P" ~) x
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \' j, B# e3 O0 s4 w: d) W
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    3 G0 R, u2 _0 {
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    . Y' c: ~2 l, X2 Z( t4 T" G
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    6 q4 J5 A+ k9 V2 A  O
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"  ?/ U" K2 U: u2 A
  7.     printf("preparing header\n");
    ; o6 C. l6 u4 E$ w
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    & y$ K  |  B" }9 v! n4 S* A$ J6 ?4 [/ q
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    7 m' x- u& T0 `: U# n  h% O
  10.             STD_HEADER \
    4 v7 m$ w4 G8 C/ x
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \8 c- J" q( Z" n2 g2 P0 m
  12.             "\r\n" \8 x0 F, Q, I! U' H0 c0 q& u" v
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % y: J3 e( D/ I
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" T. `2 @$ V/ k2 T* i8 x- x
  15.     {2 Q$ S6 N# _/ q; u; L1 h% M! C( X
  16.         free(frame);
    ! v3 S9 O& v! n, ~6 @4 E0 R
  17.         return;
    5 F1 a: @2 f. E0 [
  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" \$ y  R, V! A0 H
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \) x, I6 E9 m% |* ?
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    3 h5 _0 b1 p  k' l
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);4 m- z) l1 x7 u4 X' P
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    " a1 v9 N0 |8 g
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)# k( r4 k2 o% K8 d
  7.             break;
    ; Z9 k1 p6 X' _  d2 z% Y' x. _
  8.         printf("sending frame\n");4 D. O  J' g0 ^: v& J1 p  m" k
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    7 V( s6 {8 ?3 b' B' Y5 K
  10.             break;3 Q' l- N" {, g# O) w
  11.         printf("sending boundary\n");
    & p$ w* d; l: q% |: J( _8 D. v2 V
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");3 Z6 Z* a1 f# b
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; k' t' L9 _  k) p- E* H. b: 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。

6 D$ B7 r' U. I, f7 K8 x% Z


# }* c- D8 D  b二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:; L; D/ C3 D+ O$ M8 n! d
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    2 E: {- J  L; W! v) D5 F5 E# C- Z
  2. {1 j! w, I5 _5 X6 F, B4 i
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    ; X+ a+ [; g' k% c5 A
  4.     if(*socket_found == (~0))
    0 S& [/ x% l: C9 e; v
  5.     {' }' y  `! J- Y$ ^5 P' h, T
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");* @; v- R, H! z: A9 d9 }6 v
  7.         return -1;
    . t5 h- ?( ~9 ?* f
  8.     }- T" X6 V' J' Y7 p: v# s
  9.     addr->sin_family = AF_INET;0 u% X& K6 v/ m  T  n9 J
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) m: l: R5 U' }2 d, f, M
  11.     addr->sin_port = htons(port);( l* u6 R' }- F' A# h: F/ u' {
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 _$ A0 Q6 t1 ~# A/ Q8 W( F8 P* m
  13.     return 0;
    1 }9 _, T$ @/ N% V+ P& j
  14. }
复制代码

5 h$ l5 {- B, [% U1 s. ?: X5 ?6 x. j9 p0 \# K8 N. i' C) F9 M
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:+ f0 S* L1 M: O: Z9 j( o9 G  H
+ w% k8 l9 j5 m7 a+ Y
. j6 f/ S' |$ F9 P+ ^
  1. while(fend > 0)
    : Z( s5 A1 R# H# d$ u
  2. {
    3 g( a% `; L3 H3 F. ?! L8 s
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    ( c  A0 ^* J) ?$ L% o2 q
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    # y1 X, A- ^+ h; R1 q
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ( ]: V. l7 n1 r
  6. {8 F& L. N" T9 q( }. `4 I
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;: q' U' t5 r" S. e  m
  8. picture.fin = 0;# c: r* |* X+ z. E; F0 b
  9. }
    6 ~2 S$ C. E  ]: @% {( Z7 R
  10. else
    5 O, \. T9 v( q4 N6 t
  11. {. Q  y2 B9 W7 t6 H
  12. picture.length = fend;
    6 c# l4 G- G7 C5 ^+ U3 H/ `7 g
  13. picture.fin = 1;0 M! o( U- b$ c8 z& N. o9 `
  14. }
    3 y0 \) m# C/ X6 h7 G9 x0 a
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);: B" C! @/ m4 @$ U( u
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);% W8 }! H9 s7 Z" ^
  17. if(sendbytes == -1). [$ G. E) C/ _
  18. {
    ( T0 o1 z  |6 q: Q- X
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");* b- M/ ]+ X! O4 F8 P# [
  20. return -1;2 U! V2 W: ~; Z) G
  21. }; J7 B1 x& F7 y3 ?: x8 I* l7 p1 Y
  22. else
    0 Y' k7 |9 `% \: y/ {" O; t
  23. {0 Y: W+ g* a$ J& J
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;. ]) ]* L" \9 c; m6 \2 A
  25. }
    + F0 z, ]# t' }8 L5 z+ \  [
  26. }
复制代码

2 _+ F. s) [3 u/ Q9 y! {* \9 q2 b: _' x+ t- _; P4 t9 [


9 O: v+ G0 [0 m# |# w5 N
, l2 B: k" N- ~+ L! u( J5 IiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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