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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
4 c$ o& @+ @* C$ X( ]4 L- Q6 V" `( N) I# L5 A$ v( D

' f- `! p: h( d8 K8 G

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' r1 b- u/ H) W) n
* T, ^- Y5 g- I3 `% L; P3 Q

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。


! N# w9 H, R: W


% G* V9 s. _1 c# Z

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。


    ) Q2 C0 c$ H2 r

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。

. U, Y# N- F3 o( y' n2 v) y* H0 P
一、HTTP网页服务器; W0 n3 s  C: ~) `

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)
    & d" K+ j, t  u; M5 Q
  2. {5 E* D5 s& Y1 H' v1 x
  3.     struct sockaddr_in servaddr;# U; w/ g0 F$ }8 U8 z0 F$ N9 T2 H( Y
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);" b1 \( R( c! e" A7 b$ ?
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));1 `3 L7 P' H3 X( ^0 [2 P5 n! t* T" U
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    % h: E3 U2 ^% V4 [1 l- W1 Z
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      Q& k  |( a1 [" }
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    $ s8 p  D3 w$ M$ `& e# V  ?- o
  9.     int ret;
    6 R% a$ G* p& R1 E/ Y
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ S! {- S' Q. V9 r1 W5 ]  N
  11.         {& h2 A4 U  Q3 I  d* Z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);6 B9 I$ {4 F4 k" D9 x/ L2 q# i0 d9 s
  13.             return -1;
    ' k. H' V& }7 h1 w$ H
  14.         }% T5 Z7 Q9 x, T) p; S% P$ j
  15.     int on = 1;: k4 }& ~& V( t& e" C
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)* h9 \9 y' q8 c- g4 ]3 @
  17.     {
    * N9 J& p( f2 p$ |- U
  18.         printf("setsockopt error\n");
    * `+ g- i& M( l0 v
  19.     }
    : ^: z, K  B& K
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);9 b* U% Y  K, d( o6 L+ m  }
  21.     if(ret == -1)* t4 e/ m. r  h9 r, T" p2 i: z
  22.     {  M# _' d# `) [9 U  d
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 N" N/ J* Z$ h' w
  24.             return -1;
    ( @, I0 Y$ v; d9 k% C. b' w$ q
  25.     }
    " a3 Q4 N1 I3 r! x5 ~
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)0 Z4 ^9 r) k* N" i3 e. u# N
  27.     {
    7 E/ O' F1 I# I
  28.             printf("Listen failed!\n");
    * p# `' i1 E1 K1 i3 M5 |
  29.             return -1;0 d! F( v* Q1 u. f
  30.     }, o2 K! P# p1 ~1 [" r
  31.     return 0;5 A6 Q* N4 [. ~% j$ j
  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);8 d& L' R! m( R. j1 Z0 C
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)1 ^- e9 K7 z4 _/ P3 p+ n: f
  3. {5 e/ P8 d- n+ F. b& F9 ^( P, b& Z
  4. 。。。
    . V, L) t" ]( i4 A
  5. while(1)- i& \0 n0 q  v; w, @/ F
  6. {
    3 ~7 L1 Z/ y: n: x9 {! V+ p8 \  p5 o7 o
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);) o+ p$ @4 f+ w0 t0 Q
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    + Q7 X, m. G2 R3 B7 d7 a
  9.     。。。3 Q6 c3 }8 j8 j1 j0 m$ H! G" W7 Z
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + g7 @, V# f; d7 I4 R/ f+ q
  11. }7 \8 z; F- V3 N7 L  {, H2 f+ {1 N- ]
  12. 。。。) G9 D* [% C$ O) p8 d
  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);$ b" E$ ?. d7 B) w/ y
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;& m/ n* H% [$ m/ v1 |0 M
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;6 w5 `0 R* b6 i& m
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;' q$ x" O' P: L; t% e5 y
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);7 T, S7 ]$ j. V+ S9 G# M
  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 t$ y+ R0 v% Y) l
  2. pthread_cond_t pct;
    5 @8 `& I, B5 J9 x4 x* k. ^( o
  3. int main(int argc, char* argv[]), Z/ e0 w3 U5 ~$ J3 n+ c$ ^# k4 v
  4. {, S! p/ S; D$ m- |: \
  5. ...& L' |4 }7 ?7 e
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);( s7 j, d( A' c5 H0 W
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);8 H) B% V7 z6 t& N+ L+ `) o3 k
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);: a% X4 T5 u% b: Z) u, _
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);% p& N8 S3 A1 [" P0 f6 P
  10. ...
    $ b3 s* N( p4 w/ \, u6 e
  11.     while(1)
    # V; p# y3 G0 h( |/ N5 L! z6 K
  12.     {
    ) @9 {  N( @' G* O: C8 F/ h
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);8 y& x! B" a8 s  o
  14. ...
    7 o4 T0 l# J8 ]( {) c: ?5 B
  15.     }
    & p  F: O& A' B% R* d" a: Z
  16. ...- t) x4 j6 L" }  D+ `; w3 p8 V! d0 C
  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;">" E/ U! A; ?3 `' e# p
  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" \
    ' e, \( J! y, T3 ~0 Y6 B
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    / I* [' ~3 k. {, k5 m
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    2 S7 y9 t* }7 u9 j1 L' |- W# t
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \9 x7 R* w3 g1 J2 z( q. M! v
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    , u/ t6 j5 B8 [$ j" m" _
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    + s- E6 A# l3 D
  7.     printf("preparing header\n");
    6 ~! _0 Z: ~3 ~- A: H
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    ' M' Q( V: ^: i1 R( A5 t) w+ S
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    - ?& j( x+ `% F4 E6 U. S& r8 n" \1 i
  10.             STD_HEADER \
    $ K& [# G' f; {3 ^! N
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \- S2 o( ^8 O  t0 T& ~
  12.             "\r\n" \% B+ g$ L2 R# {; I+ h* m
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    5 a% ?  _: u2 g4 N
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & o' P" A; e: F' ]3 ]
  15.     {& s6 ^) ~. v- O; y
  16.         free(frame);
    * L  j+ n& v2 W& C, v: x* ~, X
  17.         return;0 R: I# ]# L+ v6 S( e# m" v
  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" \
    2 {' s4 ~7 N3 R! _: u: ?( m' S
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    4 {9 T% U& J- a  \& Z
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \& x7 f* o* g# V! E  i# V
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);5 {8 T6 H9 s4 _1 Q6 ]  s
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    3 T; p0 \6 n; E
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & \+ t2 u$ `! N# B
  7.             break;$ w/ W' W$ t9 U" O+ u+ o
  8.         printf("sending frame\n");# N7 X9 K- L8 x0 h2 u
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    3 J) |5 W/ }& n6 _9 L
  10.             break;) n: [9 ~0 r9 L. F2 Y
  11.         printf("sending boundary\n");
    * Q% M7 e4 L# b" Z3 M
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 k3 |8 Y- Q; w2 H$ \% l4 |
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" H6 Y3 _- I) y6 l0 H
  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。


8 {% Z/ D" V! H( t3 V* W


1 n6 V' W1 d: y6 i; d二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
% n0 |9 I1 `1 z5 A
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    - a! }& w$ k2 M
  2. {
    ( z8 e% n* A0 P) K; }9 t
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
      G% x3 K# `1 s2 b6 Y
  4.     if(*socket_found == (~0))
    + V0 M$ x& d% a: Y1 e$ }
  5.     {
    4 x& x/ D# g2 \# s9 l
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");  l$ B( X7 Q) Q9 H
  7.         return -1;
    ( q! ]$ A$ n8 |2 j) a1 [
  8.     }
    " @" g& ^) z" C( l/ ?
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    1 ?4 N: b: k: r& p" n- K: o
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    + `$ R+ A8 |/ Y
  11.     addr->sin_port = htons(port);) x6 M! \" n# ~: I) ]
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);! D4 p, X0 o: m
  13.     return 0;3 G% a$ b% V) B% a' F
  14. }
复制代码
- Q4 {6 F/ }; W3 X

4 \. G; Y, C; U" ?1 g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& v3 j5 }. w% s1 l
$ a( y4 e$ V8 A$ D0 U9 j* E% H
4 f' H4 a" {5 r6 P; S
  1. while(fend > 0)
    ) ?0 F# P$ Q, Z' m
  2. {% k5 e/ G$ C0 }8 e  B; V
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));* C) l. L& o: U
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);- Z8 q- M# k* y
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    & |3 Q! o! s+ A6 \/ @4 s( Z
  6. {
    ! B1 D+ u! C$ S5 W* N( y
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    # u9 B9 r! e! m$ c" [3 \  O1 l5 s  C9 I
  8. picture.fin = 0;- ?" ?; x1 e8 x* \8 O- x2 w
  9. }; {7 m+ ^- p! f9 d& z( _8 ^
  10. else- W$ G1 v. P7 n7 t" K
  11. {
    % B9 z+ ^% Z1 H% G1 i, [
  12. picture.length = fend;
    $ C9 }( H% b. J( o8 x" a
  13. picture.fin = 1;3 Y. S" I( ~7 c7 l( L5 `
  14. }
    5 g8 p: f: _6 Q# O& q9 W, ~
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);! q  N/ M0 U7 w! _+ O0 }2 D
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);2 |- y% g2 p/ t# E3 _& J/ W
  17. if(sendbytes == -1), @# {* `2 ?1 R/ Z) M* A4 a% \7 F
  18. {
    7 ~& c2 r9 R% S& J
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");2 |7 B# i+ ~; a8 C, k0 I9 T, _
  20. return -1;# G9 D& S; h$ _: [! I% H, l
  21. }
    " p7 |: i9 g) P; j/ b8 e8 Q
  22. else
    0 f. L0 k5 Y% Y: p/ v8 ~
  23. {
    : q# R8 d8 Y" G1 P, q
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & z6 n; O  D! d! a# }6 M1 n. t
  25. }5 `5 @* N6 \% J# p; j, K# H
  26. }
复制代码

- s& h7 ?6 @' x
* F  P" h! L2 y1 j& l  P8 J/ f2 }2 a


) }, F2 ^/ [3 j0 l" s3 A" R/ q6 ~2 P2 t" O/ i" R7 a- E% i
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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