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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 7 z5 W  r' [$ f1 T$ [8 J
& P' R: R2 m  J7 {2 J" d


# I% |# p2 q2 X" {

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 C1 B1 f  I  Q4 [

4 X2 C; q& |! [* w3 n

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。


% X( Q3 o* F* O! ]2 U


3 ?1 P* L5 {+ g% |5 j' ]. c

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。

    6 ~( i  _; [6 v7 y; Q  U

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。


2 }5 s% ^% V6 @  d( p' F( x# f( p一、HTTP网页服务器
& Q9 ?2 X+ ^% Y" g

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)
    " q) z/ [# Z2 X$ T& \3 G) x; @
  2. {
    + E& F( p* v* ?" I# A4 X: c$ ?
  3.     struct sockaddr_in servaddr;) y% L* B8 l" p
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    2 q+ p! c+ E% z4 B
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));( q4 P. [2 k( H. i0 B! o% ~
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    & M/ S: f! A8 a0 X! X( n! ^
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 X0 @; t! v6 J) M8 U. M9 W
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    3 J( W9 B& f5 q$ ]
  9.     int ret;
    5 M8 P. F- W- @0 Y+ B
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)* F/ S$ {# @& w/ N9 o! h) W) J
  11.         {  R0 F* D/ @& k( @
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : Z5 _( i; N& W9 ?# c" ^
  13.             return -1;. k3 n  L/ @& Q+ ~
  14.         }
    : A/ u  S* s: i, h) {9 f5 x1 Z) A
  15.     int on = 1;( v6 p8 ?1 o" `% [* H
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! y* O* i' p" Y
  17.     {/ ^+ p- p/ i- Y/ f; g, I: z
  18.         printf("setsockopt error\n");# {* j4 t; \# O7 Z0 c( {% u
  19.     }, X9 [& V# j7 r  V
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);# [# s! g* e( ?# K
  21.     if(ret == -1)* X1 {( U; D5 `' c# d
  22.     {5 u; a7 q. a2 o. z3 m
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");7 I( o8 \4 \# ^8 i/ d) ]+ X8 G
  24.             return -1;
    ; I7 F6 ?- ]+ F) O2 I& P, k
  25.     }
    + R9 D1 C& I9 f* R; K
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 {7 m6 {. S* ^$ {5 l9 ?& l
  27.     {
    ' r) M, E. ~/ y8 _; t9 d. k
  28.             printf("Listen failed!\n");. V* v' G1 K4 u/ D- F* D. k5 W
  29.             return -1;
    5 b5 y! W, t& d; p- c( n( ?4 e% s
  30.     }
      R. g  a+ J& ~
  31.     return 0;" o' {$ z& U# F
  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);
    ! d. f0 u9 Z" z
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    6 ^: B/ q' S* {; ?. O
  3. {
    9 v' _/ I% j" D4 g9 ~' h5 n; W* h1 D
  4. 。。。6 K& ^3 Q& V  n% z3 ?
  5. while(1)8 n  i5 S$ F3 r. k3 v
  6. {
    8 S- ^4 f* O% N- J
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    0 z  g/ T! |! ?9 d
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    ' s" @/ U- G5 m7 j' y( N% M
  9.     。。。
    * W/ o/ x4 h6 [0 w: {
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);5 m$ t. E9 `% B% r
  11. }
    8 L( U5 [' E' M: X! K
  12. 。。。; Q& E& d6 |* t# w) I: l! I0 f
  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);. P  }% E/ q+ k9 x9 b; c' T
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    5 ^- R: e  r2 c( `' H
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;) o& u. n4 n6 N% N: u5 g
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    9 c1 q4 b) t) \7 W1 {6 B. @
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    7 h+ B( u' q6 T( n0 q
  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;' \' x( ]  M9 g' M$ z
  2. pthread_cond_t pct;, X; Q8 r6 h6 C+ \+ E. Z
  3. int main(int argc, char* argv[])
    + @1 P. ^) n% r
  4. {% t2 v  ^3 z, D
  5. ...
    8 x: q9 L. f: `
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);& ^5 x" D% Y( A3 e8 @  y% |
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    1 s' b. K' N$ g- o- L
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);0 p3 b7 x3 N" Y4 g% f4 Q' s
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);' H1 J0 e$ k; x. Z
  10. ...
    : q8 b/ b0 J: d3 S. Y9 s1 W
  11.     while(1)9 P( \1 z4 \2 E3 b3 n
  12.     {2 c( R8 Z, ~, ?( V. C
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    - p. s( z: ?) v: l4 I9 v$ t0 K' b
  14. ...
    7 q2 K7 H$ k! h3 @7 _
  15.     }
    & }  C( ]; H9 C* m6 ?! N1 U9 ]
  16. ...
    : [8 a: \; ]' @: N
  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;">  A" P. ?# ?; 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" \  u# ^9 t/ R/ i8 ]# k; [
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    6 u+ U0 m  D/ O$ S3 n% w
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    # E% r" O/ [/ _% L) J+ ^
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \  j6 N2 F0 N5 p% x" D% q# _
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    ( {& \" \  O! c
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"2 H* w' d; b. c* ?; y0 g
  7.     printf("preparing header\n");
    * h' y; G9 \' }8 k/ E8 h
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \; j, e' a8 O$ _3 l" |, D
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \1 w5 c  S4 V# i8 h# g& Y3 }
  10.             STD_HEADER \' [, y6 D9 d9 X- l7 @
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 M: |- q8 n4 g4 b# d
  12.             "\r\n" \
    * y( [2 ^. T! D0 `
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / ?" C& @5 V8 ?+ f$ Q
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / D! f* [3 ~5 r0 C* [  v
  15.     {
    ) T2 A" P* X4 T
  16.         free(frame);
    ) \2 w4 s2 ?% [; f) r- {; ]% U! a
  17.         return;! ^& H% z7 X( \1 @
  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" \
    3 R' L7 h% }7 n/ e
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \2 ?$ W. S7 Z: E1 s
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ' O( w" A9 N( Q/ E7 t
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    2 s0 T8 L: H, `, ^$ s' v
  5.         printf("sending intemdiate header\n");1 `6 Y- o2 c6 S+ o' r' z
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)6 y  o1 {5 B: T. {' ]' ^. b
  7.             break;
    5 ^+ }1 e  d- w' s
  8.         printf("sending frame\n");
    ) k; K3 r) S6 n1 o$ t- `" \
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)% h& r/ Y+ ^! b" D9 L" j" t3 n
  10.             break;
    ) I- R" v' F! H+ q; n( L/ x, v
  11.         printf("sending boundary\n");
    : {2 {' h+ {. Z
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");$ L5 C2 [' B6 q; R$ X4 S5 e+ N
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)% w% q. o# l7 B1 W
  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。


2 s2 F3 I+ _, e: k6 l. |

, h. z5 X8 i$ A3 m+ d9 W# K* i6 G
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:, i; y& S7 ~: P- J3 R$ k
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)- C# K' [2 [/ R1 Z' I* n
  2. {
    ) W6 M2 p5 r5 p7 s7 g  f7 O+ [% T
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    - b/ ?7 T; T4 j, q+ |/ S( V1 _
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ( U% D8 U7 P! c9 g
  5.     {
    1 k- L- Z  r$ j
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    % I/ g9 u: W$ o- M  m3 h6 i
  7.         return -1;" f6 @2 c4 {; Z; y2 }
  8.     }
    , P/ f% I& t! x$ b
  9.     addr->sin_family = AF_INET;# {; X5 w9 f8 i, I$ D! _
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);! g1 c/ i3 a" G& F" h
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 r6 b( s0 r# q+ p$ Q. W+ w
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);: M. {+ w1 k, K! Q0 G
  13.     return 0;2 g7 \$ e/ p' H- j
  14. }
复制代码

7 j9 `, a6 m. J: S  ^% I& I7 @% h+ n. V% r0 r/ J. ^/ B% `! b7 }% ?
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 H; f0 L' h5 j& {% h0 x: V6 u! o- L& `. |

) H: X4 h. p& u; S0 D
  1. while(fend > 0)$ T4 A/ E0 b- h' b
  2. {
    ) D' s4 g. S* ]
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    : Z. U5 t' T3 I7 g* O+ d& [  R. ?) a
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    " f7 S+ c' j+ h) H
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)& j: L9 n, n* ]3 J" y* S
  6. {6 s- s! M8 t6 a$ A
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;* m+ G- b2 j' q- W
  8. picture.fin = 0;
    # _: x8 k8 @. O( G# a% c
  9. }( \; A1 I& V9 ~0 \0 n5 a
  10. else
    7 B. v4 q  K% y2 j2 |+ i4 O
  11. {* P6 f0 W! R  C* a; }% y, E
  12. picture.length = fend;% I# O, l: r6 D& o$ P
  13. picture.fin = 1;
    0 Q1 z1 _0 h3 T2 H& y" u) j' v' E
  14. }
    , Q& C6 h  S2 x0 s+ l: @
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 }* _; @5 t/ T0 u
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' I$ G" O# c% d0 Z
  17. if(sendbytes == -1)! \" {6 c3 U5 ]' x: _( R5 R- h
  18. {: `3 ?  ^& ?+ ]7 O4 _6 N/ ~4 o
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + B, Z# {! |2 _, Z4 |8 v
  20. return -1;7 i5 d, d4 i, n4 _' s' v/ i
  21. }
    9 W& k5 ~8 f: `5 ]3 Z
  22. else
    & `7 O$ H, C9 a6 t% ]7 {, ], u) U
  23. {7 D" r" P+ `6 S6 j: G
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;- u  f8 j1 N; z8 W, c& R
  25. }& o# W2 c, E, e7 Q  g1 w2 L# T
  26. }
复制代码
3 |. r& w% n. y" ~+ x& v/ H2 [" D
* `( \5 H- F6 B( r5 ^, j; V4 w7 Z* I

& L1 i/ `/ y2 x0 w; t/ y
: {4 b5 j# m! x- P4 V
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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