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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
% q2 y4 ~# n2 j+ g: L, v
& m* U& z0 z1 i2 f# b

, L! ^# w: b, F3 T% L

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 p. `9 h- {1 T8 E. U
9 E. N  t4 t% T! \) h4 K: _$ ?- H# _

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。


! G; {0 R. ^2 G% O5 i' N


2 h7 V- x- ?- ^- X

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。

    " Z8 d( G; h! q: Z

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。


& e& d8 ?* J% k) ?! R, g8 f一、HTTP网页服务器* f& X7 S* _1 t% b+ l" {

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 a& \/ D; G) I/ p7 m6 @6 M. F
  2. {" |3 G3 I' t/ m8 Y8 A9 z  w
  3.     struct sockaddr_in servaddr;# \) ^6 k& L# s/ P
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);7 N! T6 Y7 O. ?$ W" Y# k; A6 w
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    & W5 e* l( }0 `, C3 F3 i4 B
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;) n. r6 `- s! u: u$ \1 T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 n7 p1 O0 N& b$ S
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    * `) k( U9 {, G/ v# T) I+ J
  9.     int ret;3 n5 y' t( @6 o1 p1 X
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)! K9 F6 o; j5 T) L+ R! o
  11.         {& t: E; ^0 J3 a8 r
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / {8 Y: S1 L! {+ e5 ^4 F
  13.             return -1;3 y* f. ^% }' P3 ~- \; Y$ L
  14.         }( L; w- l0 Q& D. l. [, e* o
  15.     int on = 1;5 }- l, C" r" g( ~1 T0 n
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)- ~3 ^+ M( k8 `7 C" A+ H5 k* w* }
  17.     {' c+ g# f& Z) [$ U6 A7 r
  18.         printf("setsockopt error\n");
    : Q# M* n; y" K1 f$ X
  19.     }3 F$ f8 t- y' r: ^' b+ E
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      N& @- L  R/ }* n" j- ~
  21.     if(ret == -1)+ U6 R& ~% Z9 X
  22.     {
    % \# K" i+ x3 U# r1 _
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & t+ p0 P# @7 ?1 q
  24.             return -1;- }, y" Q( M# p3 ?, h
  25.     }
    + |* \' ?# `' j
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)% [+ O0 _, E8 t6 j5 f
  27.     {
    0 B% s9 V; R$ i3 q6 X: Y! Q' \) ^: I
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - K# `' Z4 L: s* Z# E. C
  29.             return -1;
    7 C! w2 f  D- p8 j/ E
  30.     }
    1 K* v; z; ?" V- h+ }
  31.     return 0;8 s) F1 f' l2 P7 d4 ]/ _3 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);
    % F. ~& X. ]  `
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)# t) E$ r6 {" Z3 M- a
  3. {5 I" G. {' q9 D7 W" k+ }) `
  4. 。。。
    9 E( J1 i$ E3 D8 k3 i7 A$ |
  5. while(1)9 w9 b! y; x& y  s, ]; r0 r
  6. {! r4 Y9 w9 j% C% ]3 W
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    ! _& Q; W' o  C+ X! O& g
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    : o( X' k" A' M
  9.     。。。
    3 n- [6 H# m) [8 S0 m& p4 U! R4 S
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / z, s4 ~. u, \) x1 V' W" {) r/ c1 U
  11. }
    0 _* H  |  n& P; Z4 l
  12. 。。。, M, c' D( v; E$ N
  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);( c3 i' B9 o1 U( y6 b" |+ R
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;" A8 t4 S1 L" m/ z# c
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    : O# `/ e# ^6 Z2 @' q, d
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;* m  l5 S* F7 G* L
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);& u# _; a. a* l& Q# [/ C$ X6 p! h# [7 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;6 ~# R4 Z% V' X3 [
  2. pthread_cond_t pct;+ B* O$ i3 Q& }, @) R4 T
  3. int main(int argc, char* argv[])
    5 t( M* j; W' |3 c
  4. {* X; i  i" U0 M& K3 k, U
  5. ...
    / C8 V5 G* g' e4 o1 d
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    5 l  P# U; t: m: o! ~) W
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);. c# [/ B9 |$ S( p/ M2 f9 c  F  D
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);* ^/ c7 ]% N1 Y3 Q: y' U1 j
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);9 k4 c+ q4 l- H8 b& u9 K& X5 w# P
  10. ...: B3 J. m  U1 L* Q$ }+ D
  11.     while(1)
    $ x' q% P# P( b
  12.     {
    $ ]7 ^6 u7 j( @
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);6 @7 Y: I  R. b4 M
  14. ...
    2 O: A9 P5 c8 W. p( z3 w
  15.     }9 C, \# K1 F8 L6 M- U+ J
  16. ...* Z, ?1 \8 o/ f
  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;">
    ! u) W$ k9 f' j6 j3 l" w. 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" \
    ) \  k( @2 Y5 q% F& V
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \2 v2 h' u' S2 z) y4 o7 n2 L
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    & Y) y4 v% Y" v9 A
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \2 i; ~* ?$ K5 J" `( W* u0 i9 |7 {' E6 c- J
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"- o& I- A- a( A% b7 d0 Y# O1 p) w
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    3 {  e0 T. a4 E4 t# i
  7.     printf("preparing header\n");7 w# o: c$ h) R; Z$ E. Y
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    - G. O" D9 i$ i' j0 h
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    ( ]/ c* P( u2 C7 Z! v
  10.             STD_HEADER \* X+ b/ {% ^: a, ~/ ]% N$ U
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \9 z& G* |$ a  [) w
  12.             "\r\n" \
    ) V; p+ O2 l& A. r  s
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");0 _8 c! M% W1 m  [6 H8 P
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " j. `8 o9 Z2 S0 p
  15.     {$ [& x$ g0 e: _* |/ ?$ @- D* b6 Z  g% L
  16.         free(frame);3 [9 |2 L/ Q8 H1 k
  17.         return;
    + K  U$ k; V: }1 J9 ]: q
  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" \
    0 {; a- Q, A) f3 Y2 d9 S" n
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \) o0 f6 a+ J$ \' H
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \% {/ i/ @% x( P) Y3 u9 e8 n7 G6 u1 Y
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);3 M* ^) `0 H" X, q
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    % E1 z: ~% u5 N3 E$ A8 D3 j3 h/ A
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " |! P( Z9 p6 B" g! `/ Q
  7.             break;% q) z) L% r& b1 g* [
  8.         printf("sending frame\n");
    9 D% U4 \% ?6 F5 A, `
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    . K8 k9 T: M) u; w
  10.             break;
    7 x8 x7 e6 l1 U9 D/ [! R
  11.         printf("sending boundary\n");2 I1 G  I1 c1 O& u, c9 ?
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");$ X" y, X6 w2 O: J$ e. ?
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)+ X  u; m7 c1 y# e$ G% i
  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 `$ D: T" `" `  N$ X. G/ W


& j& X8 M- E1 u二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:3 x# j6 G; A' e$ `0 b/ ]* S
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    1 d4 a- W& y  h+ Z: H: s
  2. {
    ! V! J3 t2 L  i1 k
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
      [: o4 X) K$ g6 |. i9 q. N+ M6 e
  4.     if(*socket_found == (~0))/ ^/ }) O; m  q
  5.     {- R* }( X* }' L/ r6 H9 Z2 \
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");- n' |$ d7 H. n" b/ p
  7.         return -1;2 ^/ k9 o( b2 Y7 B. {$ F/ u' f. _+ f
  8.     }
    ! t" h5 P# F+ L4 \1 {/ z
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    - @& s, E4 d! T' J( S
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 n; q7 O4 {- _* j2 W
  11.     addr->sin_port = htons(port);( P0 D+ i" b  S4 C' ]
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);2 [8 O+ a9 g4 ]/ ?7 g
  13.     return 0;6 l4 |+ V' w, A
  14. }
复制代码

" n) m3 |) a! y; h- |2 s* X
; ~' O6 c. S' m6 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:
0 i1 o4 g) N. |1 ]7 m0 G8 _) [  h  b& E, o6 o
. u8 G1 q! n% Y' T
  1. while(fend > 0)- i# s! ]; J4 Y5 ]6 N4 G
  2. {6 b+ A8 u# n# y6 d6 Y' n
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));! E4 @# m* ]( ^+ Z
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);+ T8 U- E2 q% `  P: N, U0 L- V+ `
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    3 V: G- v6 O  f$ x
  6. {
    ' a& t/ P  ~  _% C( w3 {! U6 n$ E
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;; |4 G* Q7 t' E* o8 i* o
  8. picture.fin = 0;2 ~. h! S; a' z+ j! h/ z1 \
  9. }
    / r# _9 K; I. [
  10. else
    * O- \- K1 [3 t6 Y+ Q5 n, s6 I5 }) s
  11. {- H5 }3 u5 x- T% v
  12. picture.length = fend;! ~$ W  {) g% V9 t1 r
  13. picture.fin = 1;
    , J& z8 z; W8 m- W3 A
  14. }1 [7 a9 O( A0 n
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);+ b6 q1 {9 k4 l# ]% |8 x
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 N* v! p( ~; |; n
  17. if(sendbytes == -1)% d: D" V0 z9 Q+ t5 v7 |
  18. {
    5 M# j9 D) ~( H5 T; G- m
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " v7 R: J5 r5 v; d/ p" H
  20. return -1;3 s! D: q# \  \1 K! l
  21. }- U/ P0 V0 V8 F  P# |! I
  22. else
    , O+ `  M2 h% o! K
  23. {
    $ r& z1 c$ e$ Y% e0 N% u% F
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , x) d, v; U$ A  g
  25. }# Q. i8 e+ @3 r% _, l% o' ]
  26. }
复制代码
0 z" z8 v$ E6 m# W; Q+ T/ S4 D# {6 e

6 m5 F3 q6 t( ?7 O

$ d7 G0 C* H3 T+ R# a

/ V& p5 l/ Y  T' EiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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