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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 * f( s( g" \9 W( M; ]& {
3 \" C+ }; d/ [" E


% E7 D5 l! L, k& S) |5 o5 O

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% I8 Y% P8 z" ?

+ [- R* T' Q4 A! E

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。

; o/ r- M- w- c9 l


5 N! \  h* T# t/ B

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。

    3 b( K& Z' y. i7 U6 ^

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。

# z# ~$ {9 }; G
一、HTTP网页服务器1 y% `8 F( a% @% z7 c' 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); n/ C, n4 @- B* f/ R6 [3 O
  2. {
    3 o0 E1 n& L+ g: S8 b; z2 a
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ' n" y! }  k  h1 U0 \0 P/ Q$ K3 w
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);( k/ r" q2 ]: E) t, ^/ |
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));) m$ V3 V0 v* q% K9 o( v3 |
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;. K8 m7 i* T% |" n7 O9 r9 L
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( I: b+ ?! ]& F# P9 n# i
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);1 Z/ J6 b1 b: x% Q; i; X- W
  9.     int ret;+ o; Z% B' V! b$ l: b( y
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)( l& o5 h9 o: v! L; W- V
  11.         {$ O5 i; C7 K' a
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    9 m* q  {4 P8 |7 E( @# v$ P
  13.             return -1;
    8 S# `5 @. @5 ~% p" T6 I1 _
  14.         }
    2 L2 m' |. ^6 o5 s) y
  15.     int on = 1;+ z& e: q$ T2 @$ r
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    1 J+ Y" _6 J8 N8 f+ r  w: M
  17.     {
    6 M% ~' A; [' c" k& c
  18.         printf("setsockopt error\n");
    6 R: N  {+ |# J& z1 G  x
  19.     }
    + G1 E0 H' I  Z
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 G7 a9 _% G, y( t5 P$ z' j) A. W
  21.     if(ret == -1)
    7 v3 Z, t! p4 s; Q6 E) Z' ]" l# m
  22.     {3 {6 w& }' e9 O: x8 ]
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + \* |  V1 W) H% o( D1 S* Y+ y
  24.             return -1;) f" \3 `% D" Z5 A4 W
  25.     }9 r! N& b6 \9 J- v
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)" j# W" |+ o- u; F: J
  27.     {  P' i0 p% V) c5 X7 ~' J
  28.             printf("Listen failed!\n");
    " }3 W3 F4 d: I, m
  29.             return -1;
    2 Z* q0 f! y% e5 B
  30.     }
    & Z" b" \# N$ }& ]
  31.     return 0;
    4 ]6 F9 H* a/ ~
  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);# c# X, H! e, \" \5 f- S: a2 N' q9 R
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    - e6 M9 Y  y9 v8 t/ H  m
  3. {
    / T' p4 e( g& v/ A1 {
  4. 。。。
    + B$ @6 J3 }- p* J
  5. while(1)) ]+ x7 p% Z: b2 D6 u$ `0 r
  6. {
    ) v5 g" g6 k. T; U; @. v$ B1 X: R! q( P
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    , z$ a$ t% S& K/ T
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");3 [$ l- y1 s. U) y. ?, s/ h
  9.     。。。
    # S& H0 f, ~5 h3 e4 o! Q9 I+ c' Z
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , D) x# b- b# n9 B5 C! r+ \
  11. }/ d! J" L+ g8 r! y$ J+ I
  12. 。。。
    ' x2 M% @( L1 d) C( P
  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);
    5 v4 [9 y2 f4 |$ N9 K. f# c6 }+ x
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    " p( t0 U% O1 a' P- a5 F5 t
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;+ E/ Q% y  T$ v, G7 @
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;/ x& i" V6 t; s+ _( o- `3 ]
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);# L! k6 D1 ^8 E3 X
  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;) C7 T0 ]: [# c- Y+ D- p* n
  2. pthread_cond_t pct;
    $ r) q. R; O& L, E
  3. int main(int argc, char* argv[])
    5 ?) k% ]0 X4 \: N% B5 J( B1 p
  4. {& s' b4 d3 L0 \. F- ?9 w" L1 F
  5. ...
    7 w+ O, K' W4 q2 O% T& y, n
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);8 C- o* C3 L* F; H% d# ^/ X. d
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);1 R% Y# L' G7 Y8 Y; r7 y! V
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
      N0 _  X5 v0 A) A
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);3 G4 s3 X! n1 _( @( G  r
  10. ...
    - @- w' Y9 E3 y
  11.     while(1)
    ) x" n" m* ]; N. M2 H) {' K
  12.     {& x: b1 R, X* `7 d/ l
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);* c0 q: N3 N- F9 y4 v, _
  14. ...' E; P/ z( k( D4 S" _4 U1 P' F* g$ x4 M1 i
  15.     }1 ^1 x6 q$ G5 B. I& w  l: |
  16. ...8 P% ]& A* u+ W! @+ T7 c( U: z
  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;">7 C- B' t- O- i. o
  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" \9 j2 Z% i2 X( n: d
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ! R& O! s  [; y9 n1 t
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \+ E& o  m! f7 D* `) T2 M" T
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    6 ^+ s3 Z4 x' X) K  i
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"/ m2 v+ [1 S' t$ ~8 w! A4 j6 S
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    # V6 Y+ p' d' J1 I
  7.     printf("preparing header\n");- Y. {3 |3 t! S9 j2 P  p8 [& X; S
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    - h8 c/ [- m# m, S* y
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \& ^1 g6 T, f2 i& u. g
  10.             STD_HEADER \% C3 H* `8 Y: l0 m) @
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & g8 P- Y9 z- _, y. q1 G+ S) P7 q
  12.             "\r\n" \
    8 q: w0 X2 \/ N) j0 t% Y  Z
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");3 z! `/ l0 u8 Z
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 ~1 j2 ]4 f7 S2 ]3 ~$ p
  15.     {
    ' U# v3 H% N1 @' Y2 Q  a* J
  16.         free(frame);, c# _1 A0 G) k
  17.         return;
    * |, W  W4 B: \4 x1 p; R
  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" \5 S. S/ L# s- u5 S) q0 X0 b
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \/ n9 ?# l2 c/ }+ t3 U/ B
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \7 E) A% p( b/ u: G. s# M
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);" u/ V5 U* z0 R( u4 F
  5.         printf("sending intemdiate header\n");& o- J' _! e2 ^3 ^! }9 V4 I* J* D4 n) _
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0). ?* k9 {! e4 j6 H0 V+ d) F
  7.             break;" s, J  |1 M7 S7 V
  8.         printf("sending frame\n");
      h& ?" L+ G0 |
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)- Y6 r' J! {! B  @: C; c0 f
  10.             break;
    1 o* {( `$ {" w2 Y* e- T* L
  11.         printf("sending boundary\n");9 S; w( q4 o: M4 E( \- d
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");$ C! |4 e; o& P5 e) |6 |
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)! ]9 z$ q$ e% g- L
  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。


) g% U6 G1 `' j0 B- N4 B& K4 M


0 @* ]! }. Z" A1 h6 A8 K3 ?二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:0 A  F5 @, H5 `# |. S1 w
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    , \0 Q0 f& h; @+ G  y  E3 p- {
  2. {
    1 K& f9 H' Z4 L6 E
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);$ O5 {' K7 Z0 }9 w' e, x$ m0 l
  4.     if(*socket_found == (~0))
    8 Y- O. v6 G1 Y% e$ e2 A" H
  5.     {
    : l  x0 @+ o7 U% }- t+ _, h
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");2 h* m% O! V  L0 j7 j5 C
  7.         return -1;. a* O7 V: Z3 }; ?
  8.     }) q3 [) v. r( {" w" P
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
      }: K# e: b! g: B
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);) v  T: o" B8 q/ [. y
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 g% U  X8 h4 N$ T
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 i5 }% s+ f' }7 L9 d$ j. h
  13.     return 0;$ w* J2 ]! |/ S0 w
  14. }
复制代码
8 q4 b8 b+ m9 r& [6 G
$ \' m% m& U7 Y; L! P
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:+ J3 h$ s  H9 A7 `

: c; X% ~! V+ r- B$ Z
' i3 Y' e# N' m2 \
  1. while(fend > 0)& [& a$ C5 _/ F" V  @: x
  2. {# Y* X2 v: v& M* Z% B+ k1 |
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));' C9 r! Z  l, r2 C
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ! o  V4 p+ _- T
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)3 a4 z2 _) a2 D0 s
  6. {
    # Q/ z- v- |6 A. p; ?6 T& d# l. x
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    * q; h, Z8 Q  W  v0 v
  8. picture.fin = 0;
    1 Q. @2 y( }( S( z+ Q  }" S% [8 x
  9. }
    . P# C9 u' }$ W1 d
  10. else: l' B. @2 U: O
  11. {* y4 }5 Q! c/ F
  12. picture.length = fend;
    ( b  ^0 b% m# f
  13. picture.fin = 1;& V+ d6 f9 w. f8 t
  14. }8 {, T4 U$ A) X0 K% {
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);; C7 @, a2 r, p4 I
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 k2 E  K  {6 R
  17. if(sendbytes == -1)
    ; s" V! E/ \6 h1 o5 r6 p
  18. {) y1 Z, M% s0 u5 g9 z
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");& T2 m" O1 `( O1 g+ e
  20. return -1;
    3 m- t$ I, W* Y# i& w) S
  21. }
    ; w1 Z" r! z0 F5 d0 M3 b
  22. else$ a3 a& j  {! B  j% [* f
  23. {
    $ O. D! q' a) n8 J% M
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    . E# V/ H0 j% i  y0 ~/ P; l
  25. }
    , ^: B+ }: n/ t* w4 ?, n9 m
  26. }
复制代码
0 p, I: i$ W* g+ `$ v, J

+ Z9 z+ q  @- K; \

4 R' A7 x# G. w+ J

1 M% {8 v6 C  D0 b% L. |iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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