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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 S% R& G$ h! {- Q/ Y

2 P$ Q0 P* Q, e" ^! U& D! b) `


8 m" H3 B7 @: R

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
' O4 E( `" R+ V/ C' M2 i) T
% A, w( }9 i# J

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。

  F  a7 o/ X0 m


, F" y3 m; b; i" Q- |

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。

      t) N/ f- I9 E; Y

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。


9 G% m: a% G4 {+ U  I一、HTTP网页服务器' b. I, }7 u1 Q6 Z  l  z

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)2 U& I0 g' l6 ?& j! x* X8 M
  2. {4 Y+ \7 C. c# p" m
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    , \1 h* l6 q9 y/ R
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);: e# h% |  k+ `: C, i, X1 Z
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));+ I/ w2 x: ?# H0 W
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    3 \$ N) z/ G0 [5 v2 O# T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 Q" x1 H7 G5 m
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    5 O6 O! |1 a8 M& ?- K
  9.     int ret;2 D( `2 Y' I3 }2 |3 n5 A
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)5 i, v% T9 D' J& k6 N. g! d  A
  11.         {
    9 u4 g1 S3 e' b3 Y* k! L
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);) a3 n5 y+ j' \0 H9 }; O
  13.             return -1;
    " f" o2 u, {# {. s# B
  14.         }: s) m! p8 j! b
  15.     int on = 1;# l' M( n, F* y8 ~( }
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ j$ A. e9 U, {3 q2 X4 F4 U4 O
  17.     {& {# h  ~& K4 v7 |
  18.         printf("setsockopt error\n");$ o% L) |  u- q% K7 d7 l
  19.     }% }& m( ~" _! H6 {$ R! A& _  B- q, C
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);/ i2 S" R( }2 ^
  21.     if(ret == -1)
    . k3 L; k; h4 q
  22.     {: d" ^) ^- k& e8 v, t
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) U/ L1 T& [4 @& n" r3 X' w$ v
  24.             return -1;
    4 q) W! F2 X5 b3 P, c  {
  25.     }! {. M7 u. ]) N2 b0 m6 O6 w5 m$ c7 h
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; d5 M+ k0 ?! _6 `  W
  27.     {
    6 n* R: D8 @  a
  28.             printf("Listen failed!\n");' k' f" }$ i- z6 r3 [( K! |4 E0 p
  29.             return -1;# @+ Z" ?2 j( M  h' h  E( O, \
  30.     }
    0 |7 E7 B0 ?9 V  o" k0 H
  31.     return 0;
    , a( j7 M: O0 y- v6 C
  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);
    # Z# O: b- z# t2 m7 \
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    " L* L: P9 E) V' w) Y8 m% Q5 }
  3. {
    9 A+ m; b) }* P; P
  4. 。。。
    ; D1 h( l4 F+ m1 N- j# w* K
  5. while(1)
    2 R0 k/ Z. g6 h
  6. {
    ; F6 l( m- f% Y3 m6 b
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);. Z( b, Q9 r6 |, _" a: @
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");2 b' o6 c, A3 _0 g! q" X. x; n1 v
  9.     。。。; Z1 v6 S$ Q) m9 Y; n; p2 n
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ x$ s2 |7 z/ H* G; v" O& G; D0 N0 j, [
  11. }2 Z# y+ T8 C) \3 L# O* W
  12. 。。。
    , [+ \( g9 v6 L$ s8 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);% [5 q" W% d0 b2 |  b
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;4 V3 N+ w: t6 `" \; c2 S/ a* [
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;7 P" f! K1 x9 y9 K* q. C* B
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    ! G+ R8 b$ E! P& @! q0 K: Y  b
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
      k- c* P( I" b6 x
  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;, b3 `! b5 U+ ?4 t( x( ]
  2. pthread_cond_t pct;2 l( t8 F! D4 F* P6 ?
  3. int main(int argc, char* argv[])
    1 L: m  S% e, v1 k; {/ q
  4. {
    + }- S; }8 F: X9 F* B7 u* F" G
  5. ...
    ! C) P2 F  \; R, |3 D
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    7 M7 c' L0 q4 f. S- R. o
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    & ]* ^+ \5 ]1 s9 d0 W' P: r
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);6 |! {7 [# z. h
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);) W4 U: f9 R7 B, Q4 Y- p$ E
  10. ...- a6 a9 M$ m4 L# O
  11.     while(1)1 E* h" Z9 I/ F1 S
  12.     {, q9 l" ^7 O) e( I/ l. w1 r! R2 b& \
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % Z7 a/ G* Z% m& w* N1 f
  14. ...
    5 y& r$ d! Q. M: ?
  15.     }' z5 Q# t0 l3 H8 G$ ?
  16. ...
    5 F6 q4 d4 l2 f  _5 }
  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;">- {8 ^. w! T  S- G  g* l
  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" \0 t% R- K5 L$ E, A
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \' T. Y4 p: v* Y- _6 Z
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \- F# A" z1 [. j+ C* e/ U
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    ! W, D6 E8 Q- d7 g. ~
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n", c. l& ]$ i( K5 g: n( `$ s
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    " O9 ?! U6 }. u  o( f8 b
  7.     printf("preparing header\n");, R5 `# ^! V6 P! u
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    / s. E( d( q% }0 J- E
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    9 Z4 d' ?+ _6 [* p0 u# |' z+ ^; D9 L
  10.             STD_HEADER \5 |6 W; ]- d7 y1 t
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \9 L" }( R& H$ m. Z1 L
  12.             "\r\n" \" f& P. E- d  Q; c8 m$ k9 P  {
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 o8 l( P6 A7 b1 q
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * a; J1 ~( ]/ ?, M% k; I4 C
  15.     {
    5 `# U/ g% _. }  l6 Q
  16.         free(frame);
    . Q6 ^5 {0 w: ^! l* K+ W7 k& o
  17.         return;
      q; m( J* p. f+ R
  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" \) Y* j) h: H" c, y. w8 r4 |
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    ! L  x0 u- X& H
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
      T9 ~; X0 \$ Y/ [+ S
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    0 Z: k) M$ L; h5 ^
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    - F# v& Z" F8 B7 e/ y9 k
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)- E, p* J6 R7 t, u* p4 M/ K
  7.             break;
    " g# w- c# k! n8 X
  8.         printf("sending frame\n");
    $ z7 [- w; D: M. O; Q5 V
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)5 g2 ?0 g8 F/ T6 T* R/ K" F
  10.             break;
    - Z) a4 D, }; |: y
  11.         printf("sending boundary\n");
    3 E9 `1 ?5 u5 v6 d3 r! p& `
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & C5 H5 f" a! u/ Z) _# K- [
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; g* J2 Y/ I* n" L# M$ J- w8 I) r
  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。

3 D: n: j; w# i, E+ p, q! f3 ?

0 i) g. ~  w! n
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:5 ~4 Q& p) s3 e- s* x: _) K
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
      ]( q% J# l! G/ ]! S$ [9 R1 l
  2. {$ |0 b2 z& u4 L
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);1 D3 `  W: z" e. U) ?8 N, K. d
  4.     if(*socket_found == (~0))
    6 a8 x. ^; }$ I+ |! [: C" ]
  5.     {* X+ f( y0 S& L8 e, N0 n; W2 A
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    , p/ z* T$ u  R* {& b' }7 `
  7.         return -1;
    4 b3 }- E  M8 P  D3 l3 l
  8.     }( J) f" J6 j3 D3 V0 H
  9.     addr->sin_family = AF_INET;' m9 ^3 I1 R9 {, t* ?+ {) O
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; @% @5 c& y; R( a% }2 k
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    * _9 }# W7 o8 Q" c" b; D  }# t
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);+ I- W1 S& e! M0 Q4 W
  13.     return 0;
    9 S1 X* S! [& P* V% B
  14. }
复制代码
3 ^' z$ S9 V7 H, z! c) o5 ~

- G# k' v: {* j9 Q3 ?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:
& S; l7 f: J+ H
' e' |  x, `* t3 k- D8 K
0 v' u" q2 S. @0 _/ Q; Z) U6 ?' f
  1. while(fend > 0)
    1 R/ X9 R( h) U5 X! e5 V% @( ^; m
  2. {
    ' {; K  y3 |7 T8 g) j8 t
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));& }) u  {9 N: j0 _0 J$ n7 B
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    6 d; N& r" }$ v) L' t+ K( U( l
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    9 y9 `7 W5 i# D0 r% @
  6. {% _! f2 i/ w/ F, {4 g- F6 k/ A
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;8 {0 B1 X/ _( t5 g; j% x" l3 h
  8. picture.fin = 0;
    8 a# P- l7 }' p0 G! E
  9. }
    " ]% m) ]% q. D' G, c, D  N+ t5 ~
  10. else* g4 S! l* T5 m2 |" @: A, u  O
  11. {
    5 G, V& q) {: a  g; M
  12. picture.length = fend;  e) P$ e4 I/ T* C% w$ X* i& C) @. f. |
  13. picture.fin = 1;
    . D/ I, P" i4 r6 Z* w% F5 l
  14. }
    ! i# s+ B% ]; q1 ]& z" Q
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);4 y: `! o) D6 u$ T/ a8 Q5 {
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);. u" ]  ?  L6 {4 @3 @" \
  17. if(sendbytes == -1)6 G1 c+ g8 o9 q5 Y2 H, I$ i, O
  18. {
    . K: C# R. K. l5 T8 h
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");$ o0 Z6 ?6 r7 G) E- ]7 w
  20. return -1;
    " Q! l- H" R+ q* N4 W' A
  21. }
    # \5 m( x! Y6 w3 w1 x
  22. else1 K8 e+ f+ c( ]- [
  23. {2 o  s- r4 T6 r/ z: o& [( N
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 w( X  P7 s6 \7 }# C( }
  25. }. ^6 c1 i9 U: Q# p- l. [
  26. }
复制代码

2 i2 ^) j2 `, ]) O  U8 Q6 r5 V0 d" N: P* o


# F4 Z" ?" @% A2 V. D- p
( g+ L2 f% J# u! z0 o# `$ \/ g- LiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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