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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 + i& b2 l) ]( |

0 P: \8 Z! X# d) e/ Y9 A' l: N- \


9 D6 `7 g6 J& P$ P+ ^

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.html2 N/ w/ Y0 W' @
* Q. K, g" c4 b5 r( B2 X& q0 G

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。


+ `# m4 N, x3 t$ V! i


  ~" q+ s! D( `# A0 J# ]& {2 |

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。

    1 u9 @. g" G  o- r0 R$ ^

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。

5 |7 T" @4 f1 a5 [  Y
一、HTTP网页服务器/ _" p7 ?6 U  [. j5 C9 F7 p

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 B/ Q9 O1 y( h# b, e4 m2 I
  2. {
    ! U4 w$ m0 l* f% n
  3.     struct sockaddr_in servaddr;8 w% ~4 a1 R1 `9 X: G; R
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    : }( w, K9 e; ~1 c
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));2 y9 m4 O1 W- M. K# E/ I3 D
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    , Z3 M/ k: E/ L, T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    3 Z" ]$ |$ d5 N2 @
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);( a# F4 O' a( y
  9.     int ret;- X* b& S0 R# J4 o! c; j2 s
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / E1 {% E( P, y% h, Z- [
  11.         {
    . Y" A- Z8 a7 T
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * d6 X( B5 o/ Q! @0 k8 _7 v
  13.             return -1;
    7 b) T: A) i. M/ }1 _9 l
  14.         }
    & D3 t. Y; g% Q5 }
  15.     int on = 1;6 v/ p- t# c0 m6 W1 f" X- Y
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # f( j* |7 n, l
  17.     {
    - [+ r; _+ E6 B4 k, Y# g
  18.         printf("setsockopt error\n");5 K. }; L0 O% T. u; [$ U# m9 F4 B9 a
  19.     }
    $ x+ @& z4 @. B1 N1 ]: K9 @
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);) g' W$ d* `* D* \" r' g& Y
  21.     if(ret == -1)# Y% P2 d5 f* B, h# f/ A- M
  22.     {, J/ E! F, q% V% u6 G9 }8 d
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    / ?0 o$ j7 K% u: `# ]* B# e
  24.             return -1;
    9 R% g# k. e  \9 e7 k, Y
  25.     }, \2 U0 t5 k( r
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 o$ _  L# b1 Y8 o" A1 w
  27.     {
    8 d3 |: k: o3 u  W7 V% J
  28.             printf("Listen failed!\n");1 y% |, J* H" A! }5 B# f( M
  29.             return -1;
    $ }* ^' f3 [* ~4 S4 D5 P
  30.     }
    % m) A9 @/ b8 x- m7 n' Z3 P: Z
  31.     return 0;
    2 @. a2 @9 _( m: ^5 W% e
  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);* I5 P3 |; I" U: Y6 [0 F" q
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)# c. Q* a5 k- G# i
  3. {6 d+ K1 E3 {/ s2 C" F; ~( d8 d
  4. 。。。
    & y' ^4 c" H' S6 O& g: n, O
  5. while(1)9 o: `8 L: p8 R
  6. {
    % D  r* U/ q; G& y. I
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);" {! m, i" k) l. R6 o  k" u' [: [& ~
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");0 f6 R& l; h7 s  U+ ]( z' y
  9.     。。。
    6 T$ _) c. I7 R& @. a9 |; b
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);# w3 B0 a! N4 U5 o
  11. }# {  c  t- Z# B
  12. 。。。8 D4 |3 c2 s) g2 g7 Q
  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);2 G1 ^$ @9 t6 e8 ^
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    8 L. ~( S2 V+ A" J
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;5 J& u, T: y" D4 j  y4 ~+ m8 ]- K
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;! h  n" p" k% o. U2 ]
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    4 W$ I$ P  k& U
  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;7 |: i) @3 {; j) P
  2. pthread_cond_t pct;' @4 e& D  a; Z! D* E0 L: q
  3. int main(int argc, char* argv[])+ }6 K, \( d$ X4 }2 s! S; X
  4. {, t5 s% L3 X8 [7 P
  5. ...
    4 M% S" Z1 F3 \) j, q5 C
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);  z# Q. j* e1 K' t* f
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);9 E* {+ |' E5 x, t9 N
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    ( M3 m/ K9 Y) j9 M1 a: [, X6 Z( J
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);. p0 R# A, }7 }/ C5 N
  10. ...1 l& H- l  {0 y+ v0 l
  11.     while(1)
    1 u4 w7 B2 w' q) _
  12.     {$ R7 f4 }9 ^8 G3 y7 Z
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      j0 ^; u8 f- i4 d! O  [; S% i
  14. ...
    , d8 t. B, _9 A6 O6 n# m
  15.     }
    4 N$ f9 x( W9 Z5 b3 }( c  e
  16. ...
    1 P& J0 S! x8 `4 r4 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;">1 m$ M( W8 x5 ?# [
  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( D' l" B+ f9 S. J/ J
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    $ _3 z( ]/ q' o1 I: ?
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \: z- ?: {# N' w0 a1 o% |6 A
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \! R* r4 ?8 I. B
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"' ]  y: x+ q$ _  V* l% E1 ?
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
      y+ f; H- u5 k9 c* _! r( q; Y
  7.     printf("preparing header\n");
    : V7 i* Q: U5 x6 x
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \) a" o8 n: o% a. e, y! U* j" C
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \$ p) m5 X+ I2 w- {
  10.             STD_HEADER \* _( U7 F7 T9 s6 I" d
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \' ?1 \: ?0 `4 `& s( t- [5 {6 F
  12.             "\r\n" \
    . J* Y" T* h! K, h
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      H) `( g4 a9 W
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 L2 [+ `  q& m4 n  z# H% y
  15.     {
    " s7 P8 N, X& D) Z6 Q
  16.         free(frame);3 B8 Y: v0 r$ f% K1 E
  17.         return;- c! i" v* S7 G9 S. L$ ^# G
  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" \  k: Y" h5 a. I0 U
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    % ^1 C& K6 B6 g9 H
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    9 q! c. A" y  v; p0 _5 d; o0 L0 |
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);4 \: i5 ~" H# a( j
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    $ K. q) @1 _, m7 \4 r6 C
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . g$ p0 P' P# a8 ~7 y6 k- {
  7.             break;
    $ ?( c; F, M$ R6 b. r
  8.         printf("sending frame\n");/ \* i% i- n/ ]1 y
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)2 K- c  Q% z6 t
  10.             break;2 f+ b+ x+ u% d4 w2 j- z5 K9 J6 n$ I4 V
  11.         printf("sending boundary\n");; l" W: n  a. r- K
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");/ X7 V/ @  b5 c. T5 O
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)& R0 U  \, ?7 x* w2 z0 N, Z4 [8 o+ H8 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。

: k) R" A4 r3 E! W9 A8 Z


& x( E* ]: x" W二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
4 b7 ?# R  }( m$ t' S# V+ L8 m
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port); R8 O9 l5 d: b4 n7 b
  2. {
    , v  p) }( F) c8 D( _
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    ' t3 M- g% Y. Q8 ?- |/ T
  4.     if(*socket_found == (~0))
    2 y/ P+ R+ ^5 r$ ?9 k, Q% T$ J
  5.     {+ q, y: R5 A0 x7 g; R
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");: e+ I6 O1 S- ]$ \" N
  7.         return -1;
    6 p& i9 V/ q% n% J; I
  8.     }7 v9 S, y9 b  l$ m2 n' Y6 m. k
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    , G; N: }; i2 o. C6 g% g! G) u' D
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    3 {6 @6 g# f4 M4 F/ G( S
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ z# n% ^3 B' U9 p# x9 U: o% y
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);) A3 N, l9 R4 r
  13.     return 0;
    , W' N3 j5 M5 V, t: T0 @% q, y
  14. }
复制代码

1 K, `( U: w! z; v" n& E* P5 I! j4 _2 C/ x/ Y% I/ k
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:
9 }' h9 \7 ^5 l' `& C$ T2 H% |5 L0 O7 D
  H; r  R0 n5 w% e" S, T8 I
) J" D( X% T4 s3 ^5 o  ]' _' E2 ^
  1. while(fend > 0)" }% y7 Q8 R, a9 i% i
  2. {
    4 O  @. `& j$ o
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));+ K* ~) _) w' X) A: g( C
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);8 @& M  I6 \4 [8 o* l3 j5 p( W& h
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    - n' j) ~& P1 r
  6. {
    5 d$ o1 [; r6 D
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;) X! g; ]6 n  T. s# o$ _
  8. picture.fin = 0;& Y% O. z; o  H% h
  9. }- U6 F1 G* W( `# V$ K
  10. else
    . V, D) B  b, k& L; I+ N" m8 s
  11. {
    + P/ r# t" ^9 K+ U5 l
  12. picture.length = fend;
    7 y5 b/ c. A! T. r3 x/ _, F# W* f
  13. picture.fin = 1;2 e: `+ m- ^4 x9 V
  14. }- y8 L0 Z& ]' r$ P- W
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % K# `/ i6 w. x7 T2 H
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);2 c5 ?" r! J/ ]+ U  N- ^
  17. if(sendbytes == -1)% I- B+ {6 J. A9 ^, W# t  [
  18. {
    - y1 a; i1 ]2 ]1 W
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * ?8 L1 r) v& Q9 Z  O
  20. return -1;
    % ?) g$ K8 H4 Z: V
  21. }. W/ E) U, w& Y2 u. d: T& J% Z$ H3 e
  22. else
    - m0 m+ q8 @" s9 z$ U. Q3 M. g
  23. {' }) C4 w8 \( p8 y' B
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % Q3 P1 r  _6 J" G
  25. }
      w$ x2 r/ W! F4 O) o$ E
  26. }
复制代码
/ X$ {. o$ w; ^, Y
+ @0 ]0 O; [2 a5 H$ s

! I6 j9 O. F/ ]7 D& e! I2 F; b
/ a6 x& a( s  w$ z
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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