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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 5 q0 \+ M4 h& B& V

& u% X+ G  E" [  a; P8 L

1 n: t2 \  p% @: U$ L9 f

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
' w0 ~8 S, S, [" e+ z: A6 X/ s( H0 w

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。

+ U5 H5 i( z- H2 w" {) ^& w

6 G& E( u' D* D4 ~7 M4 z3 N

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。


    , N! E3 O( _; \5 r  E

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。

0 p4 x7 @+ }" x! a+ }' t# @
一、HTTP网页服务器9 y2 u5 g# e; t. q/ \& Q& l) x% N

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)
    % ]( J$ A2 z% Q8 Z
  2. {: m! {- }2 A# X
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    7 z) a1 j+ i, ~
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);2 `: M" V( q# a8 t5 X
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));. a1 M9 L) M. M  W3 U' o0 l: Y6 _
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;! Y* i% q6 l* P$ P7 y1 u8 [; \
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);# S6 O. d* r; Z$ K
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    + A6 T8 F' `$ h: J/ g. B
  9.     int ret;4 z" }* _  l* B( w7 S" K. S7 @0 B% n
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) m1 k5 s" U) o* m5 Z
  11.         {" K7 s: Y2 W8 R: K1 G7 C9 u$ S
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);7 b( k0 K2 b' H7 C+ p8 j# a) _" W
  13.             return -1;+ k7 L, N  ^; n8 l
  14.         }
      A0 y4 E0 p+ a( U0 _
  15.     int on = 1;
    & d1 n5 {4 y* S% _
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)5 T, Q0 I2 }. b/ b$ C+ q, Y& `! i, |. k
  17.     {1 W5 P* l6 V. G) G
  18.         printf("setsockopt error\n");* |. J; E% }9 X4 ^: r
  19.     }1 d# F; T, p# ?
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);; F+ `9 G6 d# o; q, }
  21.     if(ret == -1)6 E% T$ B( S2 }8 y  `
  22.     {
    8 c2 e8 d. q& `: [
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 @1 \# a& C- c$ ^, u
  24.             return -1;
    & \% D  X, W+ c) r/ x# B
  25.     }$ S4 N/ F6 ~1 L) d3 c/ H2 s
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)$ h! d2 X/ C5 y2 s% z! D
  27.     {6 w4 z5 o6 g1 r$ s5 j' i
  28.             printf("Listen failed!\n");
    % S5 f0 F  P! A
  29.             return -1;0 h; l3 {0 F/ j% i4 ~
  30.     }
    4 ?7 P% g& z' k% H) e1 ~% C
  31.     return 0;
    2 i6 e' w, u7 y' s, R, ?
  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 _9 n2 @2 q" `! _3 _* @
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    5 g6 B3 H% c. V
  3. {
    ; z% u6 `% Y3 Y$ Y: z, @. R
  4. 。。。, J1 C0 f/ I) X7 X2 K0 O
  5. while(1)% H! r8 \% P6 t/ i, T
  6. {
    : x, d! c7 h5 x2 e( ]' o
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    + s: P4 S0 n+ D  C7 ~
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");7 s# M7 ?5 p6 ^, I. c7 ^% v* b" }
  9.     。。。7 s- b9 m8 l2 o9 D7 g/ Q1 S, D" e
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & D* }, V: V8 D6 M6 y
  11. }
    / n) g3 W# p: `) Q# w0 @
  12. 。。。
    ) L$ w6 o" M- z. v
  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);6 _( W9 h. E! `/ ], n
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;" D, \" G4 x7 r" Q& P+ ?
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;$ f0 x' x4 m! L! A6 R" R
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    5 Z( u$ b2 _5 g
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);& _, D2 Y$ g0 k8 c9 `; }, g" O+ H
  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;. j# h0 |3 ^3 E/ i
  2. pthread_cond_t pct;  ^5 ^( B( z& e  b
  3. int main(int argc, char* argv[])/ _+ E" n/ `/ s; @( a  W
  4. {+ ]8 d$ }) }2 Y; b' z* J7 R
  5. ...
    ( E, ~% D) D" \" j& \1 k  L
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);! p- }% g2 ^) q3 Y1 R
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    * j% N5 I6 ^; T6 c5 m8 ^& T
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);% Q3 ?* e: d! ~- |+ y
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);- }$ J: f" E4 l/ ?0 `5 k
  10. ...# l0 t# G; I) n. K6 R
  11.     while(1)7 E3 o2 M& W/ z# z' s
  12.     {. _$ s3 T9 Y( n
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' N6 q1 C) H* M$ {' q+ |
  14. ...$ u4 ~* i" @, Q! q
  15.     }& y8 F4 g5 \; a6 N+ y3 D% A0 L
  16. ..., e4 b$ S. X4 d* j: m9 f5 ]9 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;">  Y* J" v, N* d6 R$ B( ]
  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" \
    1 q: A0 q0 I0 A$ Z
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \! A* b6 I, }0 }" V& h; s& ?
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \# y- d+ E# S, r9 A0 d
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    6 |3 B; V3 j; y) {/ s
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"! j! Z6 I7 J' b. c" @% v1 }: K
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    9 i4 r( N7 h: T) @
  7.     printf("preparing header\n");
    # H" p0 k5 u+ N- k( D
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \3 X, N8 Q+ ^8 R; F9 c* S/ G% U
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    ) l- T" y1 f; P( x3 a) s
  10.             STD_HEADER \3 Z* |4 k0 @  y9 C9 v; R
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ! f: a) }8 o6 Y( p
  12.             "\r\n" \% T+ q' G( q& Q8 d6 H& Z, F% n
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");; l( M0 h: w7 K) ]" _0 ~- s: {
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) _2 m0 Z0 ~! @9 C9 x: V; W7 W
  15.     {+ _7 u) z( t0 [( H, ]: @, m1 S
  16.         free(frame);
      g0 ^- _& R4 ]% P
  17.         return;  V" C( ]) e  m7 P
  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" \0 @+ s' b7 w% E/ L8 E+ M3 b
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    2 P6 H7 {0 v' \' }/ ~! R4 _9 C! V; v
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \  j) J$ `# {" U. j" a. }" _& U0 L
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ( Y# ^6 ~; c& q, G
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    / j9 j+ ^) G) }
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 f$ ^% b1 s$ ]& u: S1 {% G% L
  7.             break;9 |- ]( K' j, a1 e" m' Z
  8.         printf("sending frame\n");
    4 ?3 Z- }* L7 f
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    " x4 g, G* `% ?/ y) r% a6 g, V
  10.             break;. p+ k  ]2 J: z8 {' P# {
  11.         printf("sending boundary\n");. q6 X9 |& O6 q6 n
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 }' v* v4 `; P4 O3 j
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - x1 j3 P# I! J  k/ [) _
  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。

" M# C5 M# ^% v9 l/ i5 e


" h# o& K) [; F$ e, q  P1 V二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
: b4 f: K% W' J) G0 H9 b+ V: x
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    ! n$ f) q2 Y# q2 R
  2. {
    " A$ F0 \. F- |9 k# q" N9 w
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);6 h# D# \' j5 [7 _, p
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ; C3 R. o! b  E+ `( T( @6 Y
  5.     {
    0 Q0 f* A, H6 b" V# ?! Z. T
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    1 v/ w0 C1 S# e( p, A& G2 N
  7.         return -1;% m  w- X! j3 \& {; r9 G
  8.     }1 a! a1 g1 y- Y8 {
  9.     addr->sin_family = AF_INET;5 n' B: d, u# k2 i9 Y
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);, D: L" I  n# q" S
  11.     addr->sin_port = htons(port);+ Q9 ~* c& A6 z6 g) J2 H& v
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);; \. ?+ u) s8 A# d# W+ f
  13.     return 0;' W! v' {- x9 g5 ~, h0 b
  14. }
复制代码

/ F6 Z. X5 l. M' W* g
9 a$ t( Q+ r( W0 A( o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:% h  ~" v# G: T- O1 V

5 x- \% y5 C# d' V
- @8 j/ H7 C( Q2 K0 }
  1. while(fend > 0)
    & `1 Y+ h# w  T7 `
  2. {
    8 I, ~5 B3 X' t/ ^
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    ) o6 W  \9 ~2 N  l# q
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);, a" s; [  Y! o1 }
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)6 e  U# Q& H9 s
  6. {
    5 Q  r7 O5 x: a; r
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    4 j' W. z( O  b0 H. G
  8. picture.fin = 0;
    / b; ]0 `7 _6 t. s$ \$ N, r
  9. }. C$ K. e5 |( @2 [: @
  10. else" V0 K) J$ ]) ~1 o3 x) g7 g! A0 y3 t
  11. {
    ( E  Z8 _+ J6 A
  12. picture.length = fend;& y5 G# `3 u' }- P
  13. picture.fin = 1;7 F/ {' Y- N$ r  z
  14. }
    ) J. ]# y* I% ]+ n8 t
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);8 @+ r  H  v5 L0 s& k' ]3 }
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . ?1 e6 \4 p0 O1 I. h  p2 F
  17. if(sendbytes == -1)
    2 u' M7 H) Y6 f9 M
  18. {8 B$ R' [& w; q. f8 |
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");& O% [7 C* S( V% o
  20. return -1;8 g: k3 g5 G& O9 |' S
  21. }% q' V8 K6 c8 N: X
  22. else7 g8 |8 e9 w2 h8 q+ x* C
  23. {
    3 F9 r; O" \3 `; q& o
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' b  q0 m  R0 F5 [
  25. }  c8 z( |* Q* m
  26. }
复制代码
) p9 G7 Q, [& U( z6 j5 V* q- Z
3 K; I' x2 [; Y

- a4 A* W$ f$ C% v2 c

  g0 b+ \0 j3 }7 A- D) eiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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