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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 8 a, @: n1 n* D7 t' N- H' }4 U0 w: b

( V7 \7 i* X9 L4 E

- z: T! M& [7 P7 x' e

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.html9 G) P' w( B( s2 |/ o

" ~  \2 z% I6 H, e2 s# q

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。


; I0 G* z% P) [. B4 g% C5 ?

9 N! G4 Y: c! }$ [% F5 w2 T

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。

      y& V) P( t8 o5 u8 A* y+ W' 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。


4 j2 ]8 t4 [1 V9 @; W一、HTTP网页服务器
5 a& N, t2 R3 B' ^( 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)' i. C3 g& n4 _/ m) h$ R
  2. {  j+ p1 P0 ^: Y2 \
  3.     struct sockaddr_in servaddr;* J. z6 E: Y2 j# M
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    - T- i' n) k7 U
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    % L/ d$ K+ `. _8 J+ g2 r" O$ h
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;2 m+ N1 M+ l3 r' M; t
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);9 q7 I( |, N$ Q. Y
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    9 C0 q2 n5 W' f0 k! J% Q$ n
  9.     int ret;  j! R0 v$ P! v# j5 ^- r  J
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1), F3 r* u3 y* o; r- r' @
  11.         {& s# M& X7 D  `& G
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);3 R( J' F, Y- t  A6 Z! {1 Y/ @
  13.             return -1;
    1 d1 f2 e, D% H7 }8 o
  14.         }0 W1 t" k1 e0 ~
  15.     int on = 1;6 ~1 g4 d* R3 p0 v% V! \5 n- F
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)$ I9 p- y& \/ f. X5 z# B0 K2 H/ z
  17.     {
    - s# L8 G# V$ B: [. ?# e! d6 e+ B
  18.         printf("setsockopt error\n");
    1 Y& z% |; n8 f/ L, u# h
  19.     }" E# S9 \  V* O3 |
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);5 A. y' P  p8 w+ Q
  21.     if(ret == -1)
    7 G7 ~0 Z9 z4 M
  22.     {
    9 x1 ]+ H8 C  }) N/ D; O) Q
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 O5 d3 M! F7 q5 b- d- G# s
  24.             return -1;$ C9 p# ?3 p3 N: t# X. J
  25.     }$ V( U4 t; X/ C, _& [8 _8 |4 Z% V7 ~
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)  [  u* w6 M' O
  27.     {
    3 `" U1 D3 u1 |+ t. E
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ) A; q7 e3 {. R4 O9 I7 U$ F+ `
  29.             return -1;# M- ]. N# ~0 @1 x/ o
  30.     }
    - z& l1 `5 s; u! Z6 ?# q' Q
  31.     return 0;
    4 ]. N5 D/ a2 A( Q0 B
  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);0 `1 y& `8 H; _% {$ s+ u
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg): Q. t/ ^2 W$ X
  3. {' a0 K* `+ x' x0 Z6 M
  4. 。。。. E2 Q" o+ o% F2 M/ w$ n/ ^' E
  5. while(1)# f' k2 ~4 J* l* R- c3 [2 ~1 p4 R
  6. {
    6 q7 {) k( x  T7 [
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    # n. @& c" u* h8 D
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");0 n' T. g; q/ s2 r( r. U
  9.     。。。
    , t. L4 t; C# _  ]* t9 i: i! z
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);2 b, X* v0 V& {
  11. }
    ( u9 k8 P; {1 d3 Q2 Q7 @
  12. 。。。  Z* Y1 B- b0 E1 e3 V8 \
  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);
      V, S' Q3 ?( r! T6 e
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;/ J: g. g2 r! Q; E
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;- D9 A; p  t+ t8 i/ ^# ~! A1 ^, p, G( @
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;$ h6 ~4 ?6 X) L0 x$ V& A1 S
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);6 _. R) ^9 g4 r4 `/ B) ]0 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;
    ; e. J; U4 }& ~
  2. pthread_cond_t pct;
    " w3 B0 c% F1 s. q& d% |7 a
  3. int main(int argc, char* argv[])8 ]' |9 ~8 A" V7 k1 }) Y
  4. {, [7 v: n9 F0 l# U& n6 S! T
  5. ...
    " Q' D0 p: y+ C5 O: Y
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);1 `9 P; O7 _( x! Q
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    $ N  R# R1 E. m+ |- ]
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);0 D% z, c+ t4 l2 `7 x
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    4 s2 M8 p* Q. C) x3 ^, a
  10. ...
    / P# [: A1 D) O- b% h4 L
  11.     while(1)7 y) K, g) @. s- n) [% f6 }* H
  12.     {
    ! j* A: b+ v2 d6 W5 q4 d9 y& @
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 G0 n9 [4 q; Z
  14. ...
    . h: h7 e; N( f, W3 c5 n4 O4 l2 j
  15.     }
    2 l9 }1 ^1 a$ H
  16. ...- A- P" U- W# l; U
  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;">& B& D' t" ]' _4 r( |* \0 {2 H
  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" \( @: v0 N' F8 i! y! a
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \3 O$ L1 a- ~* K  W9 @
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \  e4 A5 W) W+ z# ?: j! j7 d
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \/ {, P, u9 G) e% t2 l- e
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    1 a" N7 y3 e6 C* X: V
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    # \. _' L/ k1 i& b* [
  7.     printf("preparing header\n");
    ( x, S( A6 m7 n' f& D
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \6 n, ~3 [8 I; R* ]0 c0 _' T
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \/ s6 N. ~4 q- @
  10.             STD_HEADER \* p% x" ~7 V" d- a7 c
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \2 y( q3 O4 ~& Z3 X: d
  12.             "\r\n" \( s: o, O& v2 ?& m
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");0 r" e4 h  c7 x+ `3 Z4 Y5 Z
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)8 m/ N2 c; j6 b* s
  15.     {! b2 |: S8 P$ `9 @
  16.         free(frame);
    - _! d1 f9 X6 ]9 X2 u
  17.         return;
    4 x* R8 \% \) }  C( a8 S0 \+ ?$ 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" \# ^: O- z6 _, o! N& n4 m
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    . _3 S3 F* O2 r' y6 y, t
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \1 z8 L% K% Z  R  b1 T9 Y
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    # {9 a/ p9 H3 ]" D% j7 l' M
  5.         printf("sending intemdiate header\n");, @7 z" C; @: W/ n2 s
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % }8 R# e% |( \. R
  7.             break;
    8 ^+ V5 l' ^* w' L3 n0 o
  8.         printf("sending frame\n");
    * p: I, b3 K$ S" `/ J8 Z  _
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)" X; n# Q2 @( L$ q+ k8 ?, a
  10.             break;( E# A. h4 M0 L7 y" I! v
  11.         printf("sending boundary\n");
    ( X/ W+ n0 R. O1 n
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");# D0 u( b  B( u. s" T+ k
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " x5 T" I  P* M
  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。

8 Z, T+ c1 |5 Y* y7 c4 j

+ f: m  `8 \4 H0 x+ \
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:1 C5 k2 e! ]9 Y% O5 e2 @: B
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)$ L; w( J4 U9 ~7 F* m' l" u% i
  2. {: q/ P/ l: E" {; p* U
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    5 a% j6 L) i- g7 s6 T& U* ]- Z2 ~
  4.     if(*socket_found == (~0))( q0 t4 j, L* p
  5.     {3 t, b( t) \0 `; y* y1 z
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");) I: r  \: e9 e9 K6 q+ D/ a
  7.         return -1;
    % _# H. @7 N  }3 ?. r2 P
  8.     }% i2 q; N  K' p- Q
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    5 |" A1 U% `! P/ R6 L1 x" r
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 E6 g5 |5 N" Q# O3 h, u
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 G4 G6 A! Y/ G4 j
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);0 v* V9 z1 w1 V$ T
  13.     return 0;1 g" e: o2 p7 e+ f
  14. }
复制代码
" A# c* G9 h( i& c
+ R5 h9 c2 _" C6 j) \2 x6 A3 e
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:
1 V' D- }( ]3 @& r  a1 e7 o0 w5 s$ u( Y, H" E$ {2 H: o" f

6 \1 J- R9 Y5 U9 K& q
  1. while(fend > 0)  ~8 A" C  D7 G4 n" K$ G
  2. {
    : y* F. ^( d  r  y5 o
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));4 u! ?* }( ^9 P# E* {  u& r
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);4 e8 E; P! _; u" {- ?  B  K
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ; X7 c' t; A( F% R7 K) t1 @4 S" R
  6. {/ Z, J( L8 ?; _$ p
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    ! F* l+ f& l. t8 O
  8. picture.fin = 0;+ t5 O% X. G4 s, H( K; _4 o3 ]# c
  9. }' m3 i/ K0 p8 O# }
  10. else/ B4 W" i# u. J# z8 P
  11. {0 f) ]% u% r& b) V5 F5 R* P
  12. picture.length = fend;% C% `4 U# c4 A5 L
  13. picture.fin = 1;
    3 e  x& v1 O9 I* Z, Z6 k
  14. }6 A% I. S) ]9 m
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);5 ~; V3 A4 W# Y6 o' o  f0 a
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ ]: R) F- o/ j* C7 D
  17. if(sendbytes == -1)
    ! l- m; f* c; F5 ]* k3 l) H+ f
  18. {
    & Q! F9 @6 G. o1 N8 M9 E& I
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");3 I8 s* F) G/ k* s& l' u1 n
  20. return -1;
    % G& p3 A+ M4 I
  21. }. }5 `# G, y6 K0 j0 ]
  22. else+ z. j' x# \1 d" [& P
  23. {3 c% k" B% N# q8 c) K% `$ O
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;! a' L# P% O$ `5 E# ~" I9 q. L
  25. }; ^' x8 k; W3 X: F8 p$ f0 y
  26. }
复制代码
6 r5 A  X% s- ]% ?. q8 ~# Z
' H& H/ L% j* ^" v; s5 U! }

8 E1 y# C1 {8 f0 a9 T8 \& w
, T9 M7 `" `  j$ C
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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