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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 " C+ a$ u- J# K3 f! s, h5 b

: g7 f# J: s4 h6 @# u  w, v* ~* v

: |+ v) C) A( G0 ^  B

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# s! X! c+ U5 F8 S

  h8 b1 n, ^+ A  |/ g1 ~: m; V

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。

8 E' M. `2 X+ S3 \5 e9 _; D

9 N8 {) C: h/ 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。


    ( a& r6 p6 u% B3 A5 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。

& {5 @! p) ^  }5 {- f
一、HTTP网页服务器5 [: w/ \5 w6 D4 H1 H3 s2 h

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)
    ' A  r" y* X- A1 {  s& M
  2. {# A5 h6 F8 Z2 h7 u% N( o
  3.     struct sockaddr_in servaddr;5 ]4 w: [* G, x# K* W) m2 a- Z
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    1 Q: o8 j8 h/ F2 a2 W
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    2 k+ x2 v! q' R# V4 M, @. _
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;; C) {' {6 \9 v7 A8 ]4 n5 Z! a- d
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);5 x3 U, c* L* w2 t( q
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    9 P% ~" z3 o/ ?; S* g! z7 z- q3 o
  9.     int ret;$ q9 ~5 x5 ]2 ?, D# r  @
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( L. W8 z1 S* U- j) H# b
  11.         {4 ]* n8 g4 M# D! C, j4 ]
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);2 H* H3 C, J% a; n: [  P( x( Z
  13.             return -1;4 t, H. I7 r" `# h
  14.         }: T9 @) u9 k6 K- ^, \
  15.     int on = 1;
    / L3 C! z& b! K" u9 c) D
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)$ \6 P0 T/ f- t
  17.     {4 V4 b9 T, s: L$ [
  18.         printf("setsockopt error\n");
    : Q; i( U2 d* [! |6 T& m+ c* c
  19.     }
    3 i5 u" J5 b) |- K( p
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - N5 D" }$ x4 I+ X4 T# A
  21.     if(ret == -1)
    ) m. E5 l* K+ w! O
  22.     {
    " f' I" s- V: R. `( o8 z
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " D6 s$ [; [+ e* y
  24.             return -1;
    ) B; X1 F+ V7 {) j! C# Z' S( M: k
  25.     }
    9 Q6 I* J9 L% ~/ j2 f& l
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( @& j% t$ p5 v2 j. u  n
  27.     {( U. k9 {* A. a
  28.             printf("Listen failed!\n");: D) g4 A5 O1 s9 A& d. a! }7 k
  29.             return -1;
    $ ]7 m- B" `- D- m4 l
  30.     }* w+ \! ^: W) E
  31.     return 0;
      T+ K! I$ r& F$ 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);, p% z  P! }8 }
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    ! W3 v3 h! q( ^. s: O0 N6 `7 ?) p
  3. {$ _" @  V: z& G9 u
  4. 。。。
    8 D& y. z8 l' ~. E
  5. while(1)! l7 Q3 U. `* q. Q3 J$ U
  6. {
    - a! I) G* V4 F$ j
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);7 i8 f1 `8 X+ I/ g$ Y
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");8 S9 j! {/ Q, z, p3 _3 C/ i, ]
  9.     。。。
    $ x% ~: w3 U& T4 L9 q! b* T
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + G6 \  X$ m. H. h: B: h& l
  11. }
    * j# }& X+ U) ~6 b. t$ Z& L) a  w
  12. 。。。; e" K, X; h3 [2 M
  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);! ~" ?) G* d! b- y: D# o: u5 z
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;; t7 c7 R  r' j# w; r# T9 W5 u
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;: g2 s( m9 h" o. g* i
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;7 Y& S: @  ]5 f/ u& a# O, k( c
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    # p1 O1 x# O- T; h1 A5 T! \
  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;% k3 Q) \( M& ]9 p4 B: f8 Y- S
  2. pthread_cond_t pct;
    8 x  z/ n) ?* U' \/ z" z: g
  3. int main(int argc, char* argv[])
    5 Z; h' @- S- C$ V5 U
  4. {% P  o( R. l8 O3 H" |0 [
  5. ...
    3 N& c; o6 }! s$ X7 O" u5 G
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    , H5 v" z- R0 }  v
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);7 v% w/ k* F0 n
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    / T7 H* C( g3 v; }
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);1 E% t$ X6 {% |2 D) c
  10. ...0 o  z6 k& \' y3 {1 Y
  11.     while(1)2 ~: H3 }/ i2 N, A
  12.     {
    % [7 s) x& b+ N) n( W3 ?/ V4 ]$ X
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * u- K6 l2 j3 n2 }7 l. X
  14. ...; \& r6 u1 Y% e2 Q6 G4 {( w4 J
  15.     }% d# P. {6 \2 F' n7 f
  16. ...
    # v1 U  w& w3 J+ P  O/ V: q  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;">
    ! |  Q- C6 U5 W, w% x, W
  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" \
    ' U6 ]+ m+ O0 L. K8 ?$ K+ `
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    3 ^; |! H- w- K9 \3 m: a
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \+ @3 r6 n# q8 D! O' o
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    5 r& P5 @, }5 N6 Z/ Q( k0 c0 A# d
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    & L% w, X  E) c/ b* u$ \' a% `
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    5 A  ]7 @; ]7 \
  7.     printf("preparing header\n");$ \1 a2 j3 D% g* _& ^7 M
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    9 M& j* z. e5 B4 d2 d- }/ d
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \+ o: v' `5 ~4 h
  10.             STD_HEADER \
    . ~" p+ N5 B9 W- }. i  p5 q
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \' q7 A6 M3 |" ]: L
  12.             "\r\n" \
    - Z& H2 J6 S4 ]/ A$ W( X* t
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - v  T7 s& m+ o4 w
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): @, l0 _5 d/ r3 C! w
  15.     {% ]: _/ Q. ^  m3 L, ]
  16.         free(frame);; ]* G# @3 i) Q$ W. A
  17.         return;
    # r6 o4 k. {+ g8 m7 m! \
  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" \
    % L! V+ H/ w9 N
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \3 G- Y$ s3 {% t+ c1 M; F: b% q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    + l) n: ^: l2 c7 C/ |3 f9 W
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
      B% q: p( L1 m* q
  5.         printf("sending intemdiate header\n");9 `$ b1 r, l% j6 B9 y# ~
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , z( c' k3 ~4 A5 F" F
  7.             break;( U3 c! b2 S) e0 D9 X' ^+ C
  8.         printf("sending frame\n");9 J. N% T; n( W' }7 D
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)6 J% B) Q' d9 v' n8 S3 S
  10.             break;- [1 N2 i' P! ^$ D1 r/ p
  11.         printf("sending boundary\n");- T* E& Z( x( F+ F* h
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");* Y1 b/ W* v2 I' @! X( }
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 S& z. v  F5 i+ p) M. G8 x, J
  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。


$ U8 J& h, q: G. J1 n


0 F' |( [0 Y) n- U, I1 w二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
$ M6 W5 ^& C& p# B6 G# l
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)3 [2 I' I4 t5 I
  2. {5 E0 t! O. Y( G
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);) o7 V4 e) J+ V1 K( o
  4.     if(*socket_found == (~0))
    . v* H7 j# z8 v: c5 z
  5.     {0 @4 c" s1 n, Y: c
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    - Q& \6 L( v1 w$ H0 i- v( R, {% e
  7.         return -1;
    * ?& _9 B# Z' F; O7 [3 \3 }; i4 G
  8.     }
    7 Y* A8 Q5 l/ m1 s* F8 j- _% c4 b
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    * ^1 V. M8 v! ^2 d7 O
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' K$ f- s- n9 F( E
  11.     addr->sin_port = htons(port);% t" X* D% I/ @
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);+ _' V5 B6 z. O+ c5 @; ^3 O
  13.     return 0;
    3 M/ h1 G+ E9 b+ u0 N
  14. }
复制代码

3 O  r# P5 I* Q* A2 H# ?9 L8 ?9 _* r) |: s) M8 t
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:% i6 `4 h  r$ G: c$ s. Q
4 ]" A8 K' h2 j- A* r% z: }5 A* B* j

" u& B4 S! k1 ~9 |+ z8 x! V0 p, ^' R
  1. while(fend > 0)
    - d# X- h! R1 j. D" q, T1 {
  2. {. m' G* \9 d* B
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));& u, E. w* T& X- `2 e* V- r
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);8 R6 W- m1 O$ K/ u# d, ^- t
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    9 q0 \! J" z& S( r$ l& |
  6. {
    3 L3 d$ q" }3 `  k7 s% h9 x$ N0 Y& p& |
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;. W. w5 Z- |6 i5 `0 }2 v" g$ A8 g
  8. picture.fin = 0;' ?& \* w# X9 t
  9. }& y3 g" K8 c9 Q8 C
  10. else
    0 Q( A% Q* h- A8 J% J3 T' Y, P
  11. {
    8 Z& \$ k7 @- g& J- u9 I
  12. picture.length = fend;
    + w% P7 `; N' \1 k) X* `; D' g
  13. picture.fin = 1;; C6 r0 s" a: g  Z" c+ l3 g
  14. }% E5 y7 }1 P+ k! l& S6 P
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 ~* e. k+ R6 T: M1 |
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);' y3 H) M9 x3 r
  17. if(sendbytes == -1)
      i: ~* }) o' F2 I  x7 {
  18. {
    0 @  a4 n5 b+ L8 p0 v7 J" h/ G& |9 J
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");! \( P% O9 t8 l- N' m8 A
  20. return -1;
    1 |' \% y- t% @0 M" L1 ]' }+ x
  21. }& K) f! E5 p7 S' D3 x% H
  22. else
    0 _5 @$ P2 u8 X
  23. {0 |8 g- S; I% Z5 ~$ x
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;. F9 \% E) u) Y& t
  25. }
    4 A$ ~4 r& o" Z+ Z1 L, r. U/ L4 Q
  26. }
复制代码

6 \& h; `& u6 M: Q! D
1 M+ q' R% x: ?2 f1 N+ ?  ?2 p3 d

7 N6 S8 T- L; h$ B4 }* Q* A

; ~9 |$ V( S2 z( `1 w, N1 yiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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