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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
* d3 w6 ~5 A% ]! e8 Q7 S; I3 Q& Y, T9 g! u1 ]1 k4 q

9 |! B1 }# N3 H

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
) J4 R. R4 c! c0 F! `
: O1 g1 Y7 L. p! Z

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。

+ D: l0 H$ Q# `0 ]! E

2 f8 m& N8 S; O. u& N5 K

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。

    2 C$ `, C3 g  F* y# a- k

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。


# D+ L& J- P& c  I$ A1 f一、HTTP网页服务器
" P& P; b% q/ {0 V- L  X; x

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)& a0 P. M' b5 u
  2. {
    6 R  ^& F, ?" P: M/ ~5 x9 b  }
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ; I" q: n$ W9 J' k0 D; j& ~  y
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);2 |3 e( H* V# a3 L0 P6 ^
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    " I- t/ ~, f+ |- h! z6 ]
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    2 l6 k! d& Y1 Y/ L7 I
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    " G  u. [, d$ T1 O
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);! x* u) Z7 I) ^, F2 U$ E
  9.     int ret;
    * G5 e! e1 Y, S( J
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 M9 |1 A2 U; Z3 h
  11.         {. c! L! G+ x3 Q6 g) S4 c; p9 v& A
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);+ U: f" R  C& m* h
  13.             return -1;
    1 L; d% q' n/ J
  14.         }/ m/ B  k* h2 X2 ^
  15.     int on = 1;  i# o! \% [- v$ P5 M+ N
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)/ u9 u. c) O& @% k
  17.     {
    $ C: d) `3 s0 @
  18.         printf("setsockopt error\n");
    - R; ~5 J. P# y4 _% |+ }1 X
  19.     }
    7 A) R5 L) z* @/ J/ }1 P
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 A7 H. O2 N* G
  21.     if(ret == -1). K" K. V" {& O/ p5 o2 D+ p0 E
  22.     {
    8 W& S# U6 p6 z9 k% K' w: l
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , h- s/ I4 k/ B. O8 ]4 K
  24.             return -1;
    % j1 i# C  ^2 }4 q
  25.     }
    , s$ U( E! R+ W- f" D. n
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)! @6 O+ j" C& ~
  27.     {
    . C5 h5 m3 K) \9 E' F7 z; c- t3 K
  28.             printf("Listen failed!\n");
    : I! a: Q% s" r6 a. u) [" R
  29.             return -1;& I; F/ L: p# n4 E" ]2 [# x
  30.     }, e) V! `' T5 u# S5 z0 v
  31.     return 0;" o+ I7 X3 X/ C4 W* w, F/ x" d
  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);
    , ]7 {! b) a& E& A# }! E* Y0 o8 o
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)# q: D' I& {! H  X, y8 f* R
  3. {
    7 L+ k- d( {5 F. b! t
  4. 。。。9 F+ V8 |* }# u2 F  }
  5. while(1); x  P! P. ?$ }' \$ H4 V
  6. {6 D% l; X) N/ c! z+ [% \9 t
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);" k8 ?" r' A% K9 U
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    1 U% R# x. d: [7 I( h4 p' v4 D
  9.     。。。
    6 n" B$ D* K7 J) S  _. w
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);5 G2 Q3 A* V/ V) t$ Y% G2 X
  11. }* w0 J4 V$ u. D5 j6 j/ `3 O/ s+ b) Z
  12. 。。。
    - t% J, R8 d0 B9 X5 w0 z1 W0 T
  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);
    7 j2 r8 c6 u$ z3 W0 `$ O/ q
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;$ O+ r# n1 x8 F6 j; Q: W3 ?& M( b' t- h
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    4 \  h! E7 [" B  I/ j) U
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;5 b: ^& M7 s0 d8 l, }
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    9 f* D# m5 ?/ T& ^; `; I" @
  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;3 c8 f* t: l. g! a
  2. pthread_cond_t pct;: }" ]3 N* s! S
  3. int main(int argc, char* argv[])
    6 W. v( r: b$ ]# L
  4. {
    2 B* L* n8 @9 y- H% X/ `
  5. ...0 @. x! E. y0 g$ E; Y6 L
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    - z1 o# Q( {5 a5 R1 X: j. H
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    ( m4 @8 _, V+ B! n3 k4 T
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    6 C: v$ Q- m3 P/ M3 p
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    3 G* ?$ B6 {; t: q; \' o5 W
  10. ...
    0 b: K3 A. ~3 A) v. d
  11.     while(1)8 S! E1 R& Z# p" D8 d
  12.     {
    5 u$ |3 |9 D. v% O8 b! Y
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # Q2 P3 n% B# T8 H7 o0 P
  14. ...  o+ A4 q( v3 c3 v7 {9 S0 d
  15.     }
    9 f3 d& }% ]( u
  16. ...
    : h5 Z0 n% b: C- G
  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;">
    3 d$ D4 G; X: [( W8 }
  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" \
    8 Z  A! K# F$ n2 j8 v% f6 C
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    # O, h% ]' f0 h* U5 [2 Z: q" |
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    8 m) a& w5 {) I; F/ r' `9 T
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \$ y; Q- `. l% o7 ^, \  D& V
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"9 Q5 J" W6 N/ L" W
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    : i* z. i( x5 T! V* u( Y
  7.     printf("preparing header\n");2 \8 a6 O, ]$ W0 }6 t
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    * ^+ B% s+ H& h1 X% g
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    & N/ ~7 C# R- |. W  A. x# ]& Z
  10.             STD_HEADER \
    2 `& l/ j  q  Y7 K
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \0 ]& `: q7 [  x* Y  f! }
  12.             "\r\n" \
    6 K, Q, d- F/ U+ n2 [
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : V3 K) B/ {  j0 ^: @+ n2 H* ]
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)7 t) S# g9 L$ R! X
  15.     {+ k; z7 X: I( P; \8 _  o" |
  16.         free(frame);
    + c0 l/ `1 h# v, k0 i, n! m
  17.         return;
    & z, D! B" g! B4 u
  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" \# H6 _$ G0 |( J! U( l8 M
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    : J. ?8 f* F8 f' O$ N8 \: X
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \7 P6 t% L; ]2 Q- u' ~! y
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    4 f4 T0 ]1 G6 A/ X( d9 |
  5.         printf("sending intemdiate header\n");5 L; }9 e2 }5 H- e% a
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)0 f) X- Y. P$ H
  7.             break;
    ' r, N3 w7 w/ \+ J2 j. N- ?6 F
  8.         printf("sending frame\n");& F  v2 j6 g) [+ \
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    7 k+ I! b7 r; b
  10.             break;: j9 E7 T8 d* x% B
  11.         printf("sending boundary\n");
    ' _4 V5 v) m2 J, u
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    : L3 N- T) v1 x0 }3 P
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0); k+ \1 ]5 ~# d: E( 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。


1 c2 ?' [" n6 S9 u! a

. N: `: x! v6 [7 a
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
1 K6 R: T& H: `' M
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)  w  z/ F) G' i  W7 P4 v5 i
  2. {. Z2 g% o6 R6 z; c' ^: R
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    + O5 g2 O  o8 Z3 |* n
  4.     if(*socket_found == (~0))
    : V* W1 q3 M. T  K) U
  5.     {
    7 j/ x5 z) C: O7 d; i
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    5 ^2 i* n, |2 z. i1 y" n
  7.         return -1;
    1 ^/ c3 t( j8 |
  8.     }
    4 Q+ r) {4 p4 J4 V. ?4 @* y
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    3 y8 `7 u1 n! ~2 s/ n
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( n, T6 K  d& O, G2 o
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 X+ J8 j0 y( X9 v$ d
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);, g3 V: v. b! e4 B
  13.     return 0;0 I: `. ^( M" \) [1 @1 C* K
  14. }
复制代码

+ G3 ~1 b. U& W" J5 j$ x8 R! h) o# c4 [, v& n4 t5 U6 ]0 o3 n
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:' r( J8 T# |, H0 Y9 z% g, D2 m

# j5 S+ j! b( r# k  D5 O( |  s  S" }9 [9 \9 m
  1. while(fend > 0)
    1 H! |7 G4 r- c0 t8 P
  2. {
    " C0 c: u$ j; l+ M3 `; T. s
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));/ [% F& V9 X/ ~# j% [* p& Y, p
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    0 n+ y  Z& N% \4 Z- Y, t+ n
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    + G1 u$ y( i! @" h
  6. {
    7 b% w2 S9 y! _; `7 C8 l+ z$ e
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    & }! R8 r4 Z1 d1 @7 @, B7 t
  8. picture.fin = 0;9 b3 `) ?' k( G. w" ^- ^4 l
  9. }
    8 U" z( f" @# ]9 z6 C$ ~, _
  10. else
    : D- k5 c6 ^  x& t' t
  11. {9 F% G  d, M7 @3 u9 @$ i: S; l
  12. picture.length = fend;" m/ K* _: l7 b
  13. picture.fin = 1;
    # }5 q: H, F. ~+ c; L6 Z
  14. }) i6 A' [+ ^" ]/ R* c9 a( }
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 H8 z5 p; \7 {+ E% X) b& D
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);; `/ s: G* O6 n( c# w! S
  17. if(sendbytes == -1)
    & @0 f9 [! c% I; m! f
  18. {# }1 l6 A: T$ B" d# |5 ]/ D1 v
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");- w4 z5 l7 x& Y
  20. return -1;
    3 J0 n3 R" V! S# w% f* a& M
  21. }6 g3 O( W4 P+ ^5 u
  22. else* I, M" T- m9 O2 O( {6 M+ p! s
  23. {
    ' p5 L4 {% F5 \/ _# h
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;( M5 U$ M& n/ {# T  _
  25. }. D# L3 V2 k2 P" K, q% X0 Z1 I  b
  26. }
复制代码
8 w2 M8 v5 B5 _/ f3 t
$ l+ u+ ^% p( N+ Y7 g3 }5 v


5 o) @6 e3 d: R2 s2 j7 j% _, ?( q. q4 K; W' I" ]
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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