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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
/ E3 W% i# I- m. x
+ ]1 q+ D! C- Q) _6 B+ |8 ^


5 w" B. o# P" L2 d

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
0 a/ _! [; l  y0 I3 t9 P, @/ ?# O% r

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。

6 K: k% E6 ?( [' M5 @

; O* S) l4 v' N+ ?! |

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。

    $ L! k6 m. d# |, p' d7 r8 F1 n+ D6 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。


$ r5 G7 G+ h. ]0 |$ m% w' L一、HTTP网页服务器
) C4 z! H# ^( a

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)" F7 g& p! B/ h+ N' b
  2. {. G3 _: z* q- u* p. `
  3.     struct sockaddr_in servaddr;; L2 b: _" V. y8 O% @. G
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);1 e- x" f. w9 `, ], m& U
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    # ?: e+ N5 b/ c  s
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    , R" L& j; [5 l) x" p- H
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);4 ]9 q, X' s2 Q" T
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    - }$ e: @  q' q( i+ k
  9.     int ret;! g2 n6 V2 X6 a+ Z6 A1 ]4 _+ ^
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      N5 h! E* s: ~3 |0 o" i1 l
  11.         {
    9 ^; G8 a! m( O6 C% U
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);! g& e; Y* e- [# c) D. m; P
  13.             return -1;
    + d- @. \% r( S
  14.         }
    4 `3 I. r: X, L2 U
  15.     int on = 1;
    ; _, I' t3 a* D* U9 i# A9 W
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      m' \; J. S0 h- l2 D+ z
  17.     {
      X) A3 v+ `9 Y9 v
  18.         printf("setsockopt error\n");# F6 E9 a; y. `
  19.     }0 `4 k! _3 C: p6 i) ]4 V4 |
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);! F# a' A- g. Y/ `0 z
  21.     if(ret == -1)- u+ H" k# }6 h
  22.     {
    3 P; n6 o: ^$ Q9 O3 l$ d
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 M! I9 A) g, Z' j# x! \
  24.             return -1;6 o! r; R. o- C& y* A; }
  25.     }9 w( o/ h$ p5 r! k* F5 \, d; g. j/ U
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)2 o9 m$ B7 U( G! a* O
  27.     {( }3 e! @0 [! Q( m9 W6 o# Y) _
  28.             printf("Listen failed!\n");
    + h4 @# k# C" C8 W  V  c
  29.             return -1;- L8 f0 _1 X$ [( }! M/ G3 Q: W3 V
  30.     }
    % J$ R  |9 e; F* c
  31.     return 0;# ^, J3 E( ]9 ^6 L1 b' |# |$ a9 `
  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);
      G, I9 n2 u, H# q  E
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg), k. J. d1 \8 m' h
  3. {
    $ y' n( {/ V* v; k+ v
  4. 。。。& ]1 p9 |3 o- o
  5. while(1)0 @- ^1 ?$ ?$ b8 u, _6 K
  6. {
    7 Z4 V6 Z" _3 b" Q- v; W
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);1 s8 X1 E( p  G0 s( w! G  O
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    $ }- u4 O4 x& ^7 ?# M' A) e' ]
  9.     。。。* K# o6 t) E- p
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);- U+ n5 h, G2 b$ w
  11. }
    . Q, k# f3 Q- r) n. M: y6 V
  12. 。。。
    - e6 w$ b  ?6 \# 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);* @/ q1 J( s/ L( X
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    . c, E( R# h; Z& Z6 _% t0 k
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;) L4 l. u9 S8 g: Q) J9 U9 A/ C' I
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    $ L# o; v. H; {) Y% a
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    8 A% u/ i& o0 a: v2 n& Q. l
  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 l4 w+ q- H& B- i5 Y" o
  2. pthread_cond_t pct;
    # }- I( ?# Y. W/ r( |
  3. int main(int argc, char* argv[])
    $ B" ?! {6 k0 z/ L) c  ^" o- ^. Q7 ?
  4. {7 q. N! X( z3 g1 m5 D+ u
  5. ...7 \3 k% z7 E% c& X
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);" r  j* U4 d2 P
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    0 `9 I& J2 W. x; n- F: x2 n4 i8 `
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);3 k: z% J: ]# v' ?
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);5 {9 n; I% Y4 w, Z* Z
  10. ...
    8 ^+ O, i  b6 [  r) x4 }0 x& ?0 _+ {0 }
  11.     while(1)  b" {, d5 d0 h- w- m
  12.     {" p' n) W5 M! S2 {: o. p& E# x
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    / R8 u& u, e1 {/ E2 z2 P' r
  14. ...
    ; e/ `4 P! ^" `9 D+ F* l
  15.     }
    5 b  N- C2 \* c) ~1 m
  16. ...
    # n; D$ t* p! v7 m
  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 a' _0 e4 }4 k: `3 q1 d4 q
  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" \; d) l& @2 p# J+ v3 V
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \+ @7 l* ?4 y2 s% ^) S$ p% L
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \8 q5 `& b3 f6 g) b# b' V4 b8 ]- R
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \! B; O$ V% b( \1 C* B( H9 T
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"# i' Y9 ?9 d+ `$ |2 n, k4 g
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"  A  ^; R( K6 B; M) O: p
  7.     printf("preparing header\n");
    / q1 R- K5 l5 n  c0 N$ u* Q
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    $ s) a8 _' y3 D* Z
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    - r" E4 `1 ^8 n$ z! D! ]) p, Y
  10.             STD_HEADER \0 m/ s: S$ H  u7 J& H. e: p
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \' }$ q! @" w2 i. t5 D' z
  12.             "\r\n" \4 k+ o! u  _) b. P! l5 _' l
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 }1 B/ H! i/ |- ], W* g$ k
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)2 `  m& X/ a/ A
  15.     {
    ; K6 ^0 G- x* K$ e4 ~' F
  16.         free(frame);7 p& J* j* Z' V3 ^
  17.         return;4 N' C, p4 T( k2 P' b
  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" \& j5 Y/ o& z  `! _: F, ~; j
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \& g$ j7 L- ^) {7 A
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \4 @) M3 b! L" g; X
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);" J0 b0 ]. m2 {" j" k! l! o7 q, d
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ; G  h& t/ D# j
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)2 j) d) r6 B$ t$ ^0 M1 [2 ?  ?$ `% G; M
  7.             break;
    ) E* E+ ]! m7 ?$ p- A
  8.         printf("sending frame\n");
    8 l1 b* k/ u' H" D
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)" `' y! _- L, q* E' V! O4 |* \
  10.             break;3 B; V* Y& w' o( W
  11.         printf("sending boundary\n");
    ( n8 P( e% D3 P
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; Z6 t$ N, h4 x5 U
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)/ h; u9 u9 X' T7 u+ `  ~- Z! h& 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。

0 g/ g, q8 q9 t, E. |! q# y

7 `/ X# P3 X5 {1 W
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:, U  g* R) d1 r( u9 `! x
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)8 Y+ f* H. X! Q, S: S9 h! \
  2. {
    # P- B) H8 \- t; B7 v1 N7 z
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    $ y9 @! L3 z- Q4 i. k
  4.     if(*socket_found == (~0))
    9 i, O) e1 \" P4 z, k1 Q0 r
  5.     {# G- o- y  W4 y. v( B
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    % G1 ?& w& I9 |% q
  7.         return -1;' g' H1 B, A1 s+ X4 Q
  8.     }' t6 O! q& w) j$ D
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    2 L# I. D: V  y: H, c
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);4 T+ Z. c' f3 h; [9 \
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 a0 N2 \* m$ G1 Q6 x# `
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);( U+ b% d( m3 \5 j9 M2 W" D5 j
  13.     return 0;
    5 q& ^5 B. e( o$ C
  14. }
复制代码
; _5 Q; a9 D0 a$ w0 c

& W, l% k, i. o0 C$ @& \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:
  K( Q. M3 k  Y4 K6 k' T# C/ F* D8 s: q# {# e! @

1 L+ a3 e  P9 j( T$ Z: g6 X$ J
  1. while(fend > 0)
    6 U7 a. K/ D6 l3 J) k
  2. {
    / E& a/ I7 n2 f' b' s! S# o
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));$ h9 p: d# [8 S/ y
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ) r, s; L+ A+ D
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN): }0 C. v9 S6 C/ v% Z4 L; X! v
  6. {! G$ X7 Z' h+ n5 E7 ?2 G  R$ g
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;' z, [, L+ B3 E  E$ T4 \
  8. picture.fin = 0;
    & t8 f# H% J9 b6 M4 R/ G2 C3 h
  9. }0 \5 |0 F; g! I7 [; e) Y; k
  10. else( u+ U+ z# J% A: s8 T3 T' q8 F
  11. {
    & {+ _( `  h* \  a1 o- Q
  12. picture.length = fend;4 H) Q) j0 B1 S  i" Q
  13. picture.fin = 1;8 a; e5 T' n; G: R/ ?& h
  14. }6 ^% m" F- ?7 _
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( M9 u& `6 U3 D
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , C" P- X' W# I7 i. u; }4 N0 e
  17. if(sendbytes == -1), T% G# w! u8 N. ~
  18. {3 X; f/ Y8 X3 X& p/ m' ^, L, U% @
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & Q1 {3 \& a6 R" G4 O
  20. return -1;0 N- u: @2 A# z! b$ `3 Q$ R" c
  21. }
    2 o9 g! n0 Z' C" f2 }& T; H
  22. else
    2 }2 H9 X5 d8 d" \! D
  23. {8 l+ Z: c& `5 r' D
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' L7 `4 s, ?; p7 Q7 R" t5 |- Z
  25. }
    : o) b; f7 P+ L6 F8 K' f8 ?. s
  26. }
复制代码

, _3 a3 T2 a$ G& C, D/ M4 \6 C4 _4 ]
$ r0 a1 f2 E5 ?8 B2 `2 G9 ~


3 ?8 q5 P2 H- B. X/ v# t& {& H0 ^7 q0 n) G1 k. i8 y" {
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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