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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 }4 \" x5 G. [
7 w, a& Z, }: g) P7 b; h

. F3 G* y; `- R1 r0 N& g* j

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; [9 @* M4 F* O# s8 m5 c
- T7 H0 I7 q* J; K

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。

* u* ?5 e9 n  w' |( G5 V' h


, s* N% K! c$ k% P! h! w

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。


    6 X# x$ T, F5 [0 q; _# d! o& I

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。


3 h" f' p# b& A+ M, e7 [* Z一、HTTP网页服务器
9 O+ p' V+ C$ h) t

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)" z3 g5 H# l. b  ~
  2. {
    , [4 O; g3 {0 Y2 [
  3.     struct sockaddr_in servaddr;4 I. y$ Z5 n3 G. g
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);9 p; ?  X3 ^; P( v
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    # x  d! P4 R# _2 d& |/ `  ]$ s- K
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    2 |: i) m7 C- Y5 R. x8 H( R- I
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);. W* P- J1 Y6 W
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);4 G3 C6 h7 J8 J& g
  9.     int ret;& m( [9 P4 w5 T1 {2 [9 v& R
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)  \- N( V! s9 L
  11.         {
    8 W- M/ ^5 g$ |: R. z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) C5 t% a( S8 a$ i
  13.             return -1;$ N! s+ C5 N$ V* U/ K
  14.         }2 k: o/ u' F, j
  15.     int on = 1;
    + r% L" [" ?' O/ k8 C8 o
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)' D* P0 Y% Y# C6 B' o# }2 L3 D; b
  17.     {
    - u: g% K" z* R
  18.         printf("setsockopt error\n");$ T; \$ Z* U/ l1 W; `& S' s0 K6 }
  19.     }
    : L+ \1 h1 u9 h& z9 J9 M" h3 C
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);2 _9 T7 x6 ?5 M5 M
  21.     if(ret == -1)
    ( K: M* G  v/ b$ h
  22.     {
      U! D, S  K3 g  I
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & M! `" H% S4 n+ }
  24.             return -1;' C0 ~) ^7 l/ p0 j9 F0 B
  25.     }
    6 z! q: L) t- @6 B
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)" V: S  `* y) j: i6 B+ g) A. E& D5 k
  27.     {
    5 ?9 M5 F2 \1 s" ?
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ; p5 @% a; ]) p% Q9 c
  29.             return -1;! o6 S. v$ P0 C" }- g
  30.     }
    1 U! {8 g' a; S" {
  31.     return 0;7 J0 i5 H+ X5 J+ G5 k$ `, B8 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);
    ! @! ~0 c& s' b1 o; |# c
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    2 G/ i' Y- I" b, j+ k' R! J# C
  3. {
    & C' p+ p/ ~  z# ^! h7 R2 Z
  4. 。。。
    ! X3 u7 z% |' M9 e/ Y0 e4 ]
  5. while(1)) U0 t  W+ Z$ f* j1 c$ }0 ?
  6. {
    9 p: h( P: D* _/ m- e# G2 O# W
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);+ q  N  u4 O# k6 d8 N
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    2 v( ?% L! I9 c' h0 n0 S6 H$ A
  9.     。。。9 p7 o5 C* U2 Y$ h& \
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);+ |- z$ I* |% A0 {1 n. v4 U
  11. }7 T, l5 O$ p2 y- O) s; Y
  12. 。。。
    9 p2 o! P- D" C# d8 c
  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);
    1 W3 D; ~# t5 T4 J+ h
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;  {) g( k- G- R
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    & t7 X5 F/ Z3 O" d2 T9 @4 M- }
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;  F, Q* G- |) _/ b: V$ Q* n
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    % M1 _. Q6 u8 t8 Y; `* O% \- B; F
  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;0 A5 }/ `4 q4 M, d8 [
  2. pthread_cond_t pct;
      {' W  o2 M" q6 o( I; m4 s/ ~% f
  3. int main(int argc, char* argv[])) z( X, W+ o1 z2 a
  4. {7 k( r/ I( m! \  Q8 b
  5. ...$ @. N% J, S3 \( F
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    " o* K$ \2 C3 ^" n) t+ K0 O
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    # ]0 c' w$ ]: Z+ t* c6 P; V
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);0 R( l1 [" E! [2 |" s) U8 ~% l- I
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);+ Y  l" D5 p9 g8 l, W4 p
  10. ...
    , U# A- U8 ]6 z9 u
  11.     while(1)' m' F' v) {* W. ]
  12.     {$ K$ y, K; p+ b$ d+ {1 e; S3 U5 W9 A# w
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 X. t7 S/ E- b! h
  14. ...
    % }$ k- @( X- E% ^. g# T' ^) G
  15.     }
    9 @, L% T9 C6 @8 I3 c
  16. ...& F. M2 ?+ |: A$ J7 P' A+ o
  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;">
    % p, ^) g. m7 d5 F8 ]& |
  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" \  Y% A3 E9 Q! k; w2 ?
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    4 v% S+ d  S4 _6 \5 M% r
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \' @( g, v3 R/ x" C, A* l
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    & j! f; P* k6 L
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    + D! ?" _9 K2 n7 _  z9 k
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    + G. Q9 s" ]& v# D1 P* R* F
  7.     printf("preparing header\n");$ P  E+ ?4 }# T. w% x9 b
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \# H! ]( @  N# [  [# ~! m* y% z5 Y& h
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \& T9 l1 U; O& W) F1 i: {$ d9 K1 C
  10.             STD_HEADER \
    2 k; \. r: U6 [+ x: ?
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \% F, _: _6 l; S& U/ k7 z! s; }
  12.             "\r\n" \/ @2 j7 \) r. ^6 f5 H
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : t% u, M' D: Z7 I& z3 z6 O2 c# D
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0). i+ {. T5 ?  m* F* _
  15.     {! L* [, ?% r+ s0 w* p
  16.         free(frame);% Z& a/ C9 ~% R
  17.         return;6 H- L# ~+ s8 v# w# |
  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" \) `' p. K) H! b2 b
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    # t3 @9 U+ U% k* L  D$ t9 ~
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
      `& I& [( [9 A: m# r
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);1 W. d2 x( L# I" x
  5.         printf("sending intemdiate header\n");- s5 z- l+ C( W- x' i5 r
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)4 J: i1 E# P9 C$ z7 p
  7.             break;
    ' n) z0 c# M: r& a& x. a
  8.         printf("sending frame\n");
    ( i" y. I) o- r; U1 n  L
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    # A6 j1 {! }5 J* C7 x$ W! @1 h. F
  10.             break;+ t: u8 q% w% h$ B2 B; [; o- x
  11.         printf("sending boundary\n");7 |) C/ i9 f7 R. a2 K, d4 l& e- h3 A
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ s+ H8 T: \6 u; F
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 B. _% w+ S: C$ J3 C; f! 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。

$ s: Z/ s  x3 s3 u! R


# U1 Y1 e' W" o+ `6 \: H二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
0 h# t3 u5 Y8 n* c% P
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)2 u; H: U/ I# k  s5 u. w3 g! A) r
  2. {. S/ ?# q6 J& _. _
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);9 F( f$ d/ F5 d+ u8 y; v
  4.     if(*socket_found == (~0))
    # I4 ]/ m5 ?6 ?) ]. T8 z
  5.     {6 \% v" S; ]& P) N: D5 f6 o
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");, [" [  Q4 e' x( ?
  7.         return -1;, ^3 V. k' j3 D; K5 i) \/ l& r4 M
  8.     }
    # m2 e: R) |! t: L' N
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    0 q% G4 w+ W* K% k
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 y+ ^5 _1 {7 H' d7 P
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 H3 w# y( p* b
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # u/ _- l4 H5 [: G
  13.     return 0;
    3 b  h) E% d; f, c8 M3 B! y
  14. }
复制代码

% n) ?- m' t$ A) p- S9 ~- z
" |- w2 L! _* k; x5 b6 `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:. e( u' U5 d; |$ [- k0 X$ n
' r( C1 G( U8 o+ q1 Q8 b- |

/ T7 c" n. d7 W8 ]
  1. while(fend > 0)0 W0 v8 t. x/ A6 ]8 X
  2. {
    ! h  z7 u$ d$ G; e$ y9 K* m& _
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));1 c/ p8 s# `: D# U) o
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);3 d0 G9 ?) C5 X8 l4 b% w
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ; p# M! R9 n/ y3 b& p! L! T9 p
  6. {
    6 k$ h+ k- t0 {; c* I# j, K/ a
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    8 e& W2 X6 z/ [! O8 j% Q! U/ ^4 f
  8. picture.fin = 0;
    3 H2 R- V' ^0 [% {! x9 E
  9. }
    # N0 L, w* u; W" ~2 G8 I
  10. else  b8 s( R- |* G* f6 s
  11. {# I3 b/ o( J4 [, R# B; c
  12. picture.length = fend;
    5 D1 U3 p6 h4 o1 A6 h  ?
  13. picture.fin = 1;1 c2 S6 m' @& p1 C
  14. }& H! z$ k3 k- c- U3 L6 Q
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( W  t: R  Y$ Q1 `+ H
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);' S5 f6 {  d: F/ h6 W7 K
  17. if(sendbytes == -1)" o3 _0 y1 K; t& E5 s$ d% R8 V; ^
  18. {
    ! o# l* H  n1 P& k7 A9 Y  J
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 y# \' h/ w1 u% i; w" S
  20. return -1;+ \2 N' ?/ |7 Q) A" B
  21. }" I) L+ W9 g& S! [: `2 ]. f6 D
  22. else% h5 S' l1 O  I: t4 \
  23. {
    + r  B( w; U0 w, p0 h7 B
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 j) [' f8 ]1 \9 f
  25. }/ ?0 E' g2 f  U2 F: [. R% }( E  A8 r
  26. }
复制代码

( @2 L+ |! V8 l* B0 j4 j4 ]7 ]8 p2 B! i% D

6 Q& M4 b. @- ], {$ a

9 S3 Q, y$ @3 diMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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