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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 ( u6 I  x- }5 E) g  T. a% V7 W

! ~. G* [; b, Z9 a: N4 H' s


+ H8 {8 ~9 w3 j" X* @1 V% k

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& j3 u" c- x  [$ @, s, H' y9 @
; i* o* H0 t  X. ^+ S1 U9 d

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。


. x3 [0 I& f# f: B0 n* i) K

, m6 t+ r. k, l

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( U6 V( j% ^9 i# f

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。


- I. }! _9 j* r0 A0 }8 }一、HTTP网页服务器
7 p$ C* O* b& Z7 v( I

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): h0 [: s8 Z5 B9 x; A# T
  2. {
    & m- L$ t0 R) ~6 h
  3.     struct sockaddr_in servaddr;/ E2 m8 e) u1 I9 |) O8 A4 y( L# s' U
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    # m! D# O/ r2 x0 N& s6 {" V
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));, q0 l: X, _) v+ [
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    % k7 c  u4 d& ~0 W5 r/ U
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);6 t( H# |. P5 I' _: f5 ?
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
      [0 e, E! m4 q# S+ `3 H- A- E
  9.     int ret;
    , L- }6 H' J8 n2 f4 e" I
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)& k3 h% e* J+ w. O3 m
  11.         {7 X9 e3 x/ U; A1 p! D3 \6 ~! X% r
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . q3 A- n( h3 g1 V3 ]: E- s/ O
  13.             return -1;0 I3 w+ p( b8 X/ a2 n/ h( Q
  14.         }
    , l: l9 z1 x' n8 k# u
  15.     int on = 1;
    . K: {- S! h6 A2 q7 t- J
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)$ l2 O9 ]& r! S9 q0 z
  17.     {1 e$ M3 j2 c& O( a5 {0 n
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ( P0 l4 x. C0 F. B
  19.     }- R$ {! ^9 m8 L4 Y0 U3 E
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 {/ c- g+ O$ t  W# @
  21.     if(ret == -1)
    & s' [& y* \8 T6 w. g! H
  22.     {& ?& r1 \/ h% K  C+ z0 b
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 n6 @$ E5 A) _, g) r( g
  24.             return -1;0 Q2 s7 w/ C# t* t+ `% y- |
  25.     }
    1 C9 k; \" k5 V! ?1 x9 B, `0 R8 K: E' |
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 S3 P! g2 v5 v, T
  27.     {1 u+ D$ m$ _, J  t' G9 F
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ) [7 w8 T/ V' w3 I& ]
  29.             return -1;
    8 ~( q$ t0 _, y6 m+ W2 @; j" ~9 @
  30.     }2 l1 W* [) r$ b
  31.     return 0;2 W) j8 G2 }% c$ i# R0 k
  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);3 P  F3 D3 m2 ]) Q& x7 X/ T  A( g$ r: b
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)" o# ]  R/ C1 d" d7 Q
  3. {
    . G. \2 Z0 T  U* G  Q
  4. 。。。" q$ Q  ~& a2 h3 _2 |9 [! @
  5. while(1)9 K5 n. V) u0 c7 o
  6. {6 P0 N4 f9 D  J  O" b- v
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    # y1 }2 N; [8 X$ X1 [, S
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");' {4 S8 T& Q1 C$ [$ y( _
  9.     。。。
    ' r' K3 i8 Q( d
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);. }7 O+ ]( y: w  |- P6 E
  11. }
    2 V! L1 b3 T. _
  12. 。。。$ p  h# b7 }) \& ^$ o; w3 U+ J4 o
  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);
    ! F; o; w$ M, C& e6 P) j
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;5 I# M+ b# W+ G
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    / V7 L3 C( @* a
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    2 T, g- `  X* j+ K, |
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    ! t- P3 @- Q! q% q; ^" Y  C) d
  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;5 D) x8 d$ @, P1 T$ x  j
  2. pthread_cond_t pct;
    # z+ S3 n; t" d) r$ [% N4 C
  3. int main(int argc, char* argv[]), I$ T# N% d6 V' f9 o" b! m
  4. {
    & y# d* F% @+ F/ |8 u8 |" @/ v* w
  5. ...8 C0 x( {0 P) v
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    5 W7 O# u7 p2 F% M
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);9 X0 T$ `2 m- a5 d7 P5 M& Q
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    / q# R" |. y& {& R( D2 l  q
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    ; o1 V/ `9 X( {
  10. ...; A7 Y% C) _) c  F
  11.     while(1)
    8 E9 ~& l2 j- l
  12.     {9 g9 y, {5 Y" N3 l
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' A( P1 }: h; ]( W3 Q2 N
  14. ...
    ' g, X3 R" u% G$ f; G8 r# X/ M
  15.     }
    3 x& `& f% a$ Z/ _2 \( ]; K+ Z
  16. ...
    1 c+ s2 M. V/ D: X4 @' }- o, l
  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;">
    2 M/ i; `8 q- x0 p- o! O8 X
  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 l: E, n& i3 o
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    & |0 m6 ]# k2 t# c0 P
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ! C$ C. g9 X9 j" t
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \2 i. a' C; w. e" M
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n": h  M0 _; ]1 g3 m$ V# a- [
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross") }2 r) n& {- l0 j# j
  7.     printf("preparing header\n");+ Z. q/ R' H% {( ~! }3 j4 O4 K
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \- C/ U; s8 H7 x. y- ~
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \) \! Y* v2 @1 {- Q1 T
  10.             STD_HEADER \
    ( [/ w  o- d; [1 x9 I
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \& f) t8 S8 }: M" j
  12.             "\r\n" \
    " [4 q7 ]( N( i: D
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");) F; p1 [: w  Q- t
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % `0 n/ \4 X+ l# L! ~  C6 p. [+ `; N5 B5 g
  15.     {
    + n+ q6 a. D" P3 a' d& K+ F
  16.         free(frame);0 u- _0 b0 L( F5 k8 z0 a+ Z  G
  17.         return;$ l3 ^4 n) L3 ], G1 a
  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 P5 m' `; B* W6 ?, z
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
      u+ K% _$ _2 v1 P, f) z0 }% N  t( k
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \2 y7 e1 j6 p6 T. t
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    8 a: m0 h9 b3 z7 {: L! G  X1 E
  5.         printf("sending intemdiate header\n");. M7 f& O$ x8 O/ C' b
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + o% Z% z- P% o. W" t
  7.             break;
    4 @% q# h; B5 a
  8.         printf("sending frame\n");
    , F2 t0 r) T- V6 C0 T! }
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
      y% p' Y$ i' Z$ m2 i
  10.             break;" H2 y  j7 Z7 V2 Z* L% t; X
  11.         printf("sending boundary\n");
    . e! D% G1 D& g; g. z# [* k7 @& Y
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");: J2 j% h# i4 t  |# V
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)/ d7 K& I1 G% ~
  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。

+ A  s4 m1 A7 I7 D3 T5 d/ w. e

5 b: P; Q. A, @4 w
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:8 d  I( Y1 v# @7 v
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port), r, j" x. C" |# S
  2. {
      N( ?0 J5 E7 ~% Q9 d
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);. w( X$ C- S" u! w
  4.     if(*socket_found == (~0))
    + }3 P# e* ^% I6 E
  5.     {
    3 \  z3 s- R; B0 I
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");/ n+ N4 X" s( @1 A
  7.         return -1;
    8 i1 K% K$ r; S
  8.     }
    - T4 x2 j4 ^7 j$ g8 z/ }5 ]0 {
  9.     addr->sin_family = AF_INET;$ W8 P1 G# }) g# g+ c8 ?0 G3 \* w
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 t' p3 b3 ^) @+ ]& g" K' e9 G4 p
  11.     addr->sin_port = htons(port);' H$ a7 D( k0 \
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " S+ B* ~6 w- g: t
  13.     return 0;& J# c0 u( p7 e& U0 W
  14. }
复制代码
  u) Q# p6 u) T! a
1 Z0 t& |0 V1 F& ^, n7 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:& w, B4 [' A, g2 G  M7 P4 u' P
9 Q( g4 O% Z0 A, t6 J0 n$ c

/ k- d' v3 Q' W
  1. while(fend > 0)
    * r: _  M. j+ Z+ o& I. ~* D
  2. {/ R. \; w( O1 n7 b  C7 L
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));* A- b& P3 e- \$ d  [
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    7 F( I+ O: ?( B( M# @
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ' x8 t, G. L, k% B0 @
  6. {
    , T9 ^# j& S5 H6 P1 W! ]$ P
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;$ F, `7 Q. J7 Z  T
  8. picture.fin = 0;1 p! \) B5 Z, X. N
  9. }
    . z2 A4 W  I4 l9 W
  10. else
    9 O  P# j  E; X1 ~" T' j& D1 w# y  ~
  11. {
    " T. B+ I: Z$ a8 J5 q3 Y
  12. picture.length = fend;
    9 {! B( Z: A. i
  13. picture.fin = 1;& B6 a1 z$ w) a' o1 S
  14. }+ o: ]' s4 h# F- O/ V5 [
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / F- [) g5 E8 C1 s- b
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # P' a0 f" M, r& k, [- b
  17. if(sendbytes == -1)
    ; H% H. j) O# N
  18. {
    1 _' \. \$ T, e& t: T0 p
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");% Z; }1 G1 ~0 S
  20. return -1;
    5 r9 ?) J# J4 n! r8 K" I
  21. }' R! N0 w7 z- X  ~! J, a
  22. else% e" p3 E3 }  N* V) U: a$ \
  23. {, `7 U) T' u- g8 U4 a5 Y- \0 m& j
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / |6 c! X( t  r! s( x  `! X
  25. }8 d# Z0 Z& W/ b$ v3 S! m
  26. }
复制代码
3 L0 c- l$ m/ {/ s
& D. k  R' k; n% ]

  A+ \9 a) Z2 T$ U+ b$ E0 g
: ?& A0 {2 m5 L: `  H' M" D
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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