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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 # z/ M8 @- l3 q8 }$ z
  y6 @( ]/ k2 O, Y

' j2 g4 J" a# A" ?. f' V

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
$ q& K' r% B  p5 O9 U$ H3 U) W# q& N6 W8 Q5 o, 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。


( P: q3 C" T% ~" g0 z

7 |5 f! p3 ^$ c8 [% a8 v- j

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。

    $ x8 D" Z7 v+ l1 F, m

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。

' r8 w/ Z2 P8 _0 C- b# B
一、HTTP网页服务器
. z( ^( K# W+ C7 q- K! w

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)
    4 }- s& J7 e+ G+ \5 e8 N
  2. {9 C  ^' C( ~* k# I1 [/ n. s
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    3 W- T9 r. K+ r9 ]& a
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);6 ^( U  H; p' b( t5 a% _- p
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    # V* n3 U* c) k) r5 @: ]
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    # K2 O% `) t1 `, |8 a6 V$ H1 h
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);9 n5 G9 c* D' j2 @
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    , ~7 r4 j1 Z8 A) P% e* u+ I
  9.     int ret;9 Q8 F9 ], j, h
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)7 N' a8 J6 n- M) [. ]+ S
  11.         {
    7 o! l% C; b0 v( |* R1 |* q4 R  R
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 y. _, t# w5 H6 x
  13.             return -1;
    3 H% Z/ V% W9 o6 Q) e  `! ]
  14.         }
    - o  o- [  ]( M& U
  15.     int on = 1;
    . G0 \2 Y0 W. G$ b0 P
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)4 I; R2 Q! K+ _) c2 l" g, w
  17.     {% h* x! F+ c+ I7 M
  18.         printf("setsockopt error\n");+ m! y! ~' _; N  I: a- `' Y
  19.     }
    8 X# H, \: v8 M2 M  C- n; ^
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & |/ m% N# t3 X! i
  21.     if(ret == -1)
    1 g2 e. ^- w8 P9 ?6 W5 E
  22.     {: o; V1 g. K( [" K& a
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");0 F0 G/ }3 j( k7 ?
  24.             return -1;
    6 Z( j# [9 k/ a6 m' o0 Z- M
  25.     }
    - w' E0 l- N9 k" a$ l/ D
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 _- N. O# w$ o5 o+ s
  27.     {
    ; [% m3 a" ^: U+ k* k1 }4 j& j; `
  28.             printf("Listen failed!\n");
    0 ?' Q6 w- H; M; n& S
  29.             return -1;2 F' Z0 X8 \7 \, F0 x; |3 ]
  30.     }
    ! V& I, F! o; W, g  s/ A
  31.     return 0;
    6 q% _  _3 |$ T9 u/ _
  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);
    . m5 ]0 P. Z2 d- |( Z3 h: K/ R
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    - D* x, }$ |" Q' R6 ^) A' _* {
  3. {" S5 d% J- l  @& \) R
  4. 。。。9 |5 m! E) u( Y1 J& C2 D! a
  5. while(1)6 y4 X5 ]' D% O( |) J8 S" \8 I
  6. {: d. @8 S8 X! J% i6 q1 }; l) m
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    8 I/ C$ H/ e/ o8 G' Q7 U
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    7 y0 o) S0 _& D6 i4 _1 ^. N( S2 r
  9.     。。。
    ! y* I. v( D+ O) J7 {1 H7 i2 p
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);) F4 \- y6 E' K+ A, z6 H1 J
  11. }/ F  K* G, Q& Z% P1 c% J9 P
  12. 。。。0 Z" b2 T$ ]4 O/ e. \
  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);* E- t, q6 V# W. F  C
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;" U6 f$ K  b% E$ U2 M
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    # s% }- j: w1 X3 L# L
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    . }/ y7 E+ F" L! M5 M8 I
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);' A) A1 \% |6 L: X0 D
  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;
    & M- M/ F. J$ M& I
  2. pthread_cond_t pct;, C( W1 l& n; u
  3. int main(int argc, char* argv[])5 q; |: Y, m  c7 Z1 D& |% T/ g
  4. {
    / S5 L5 n, O/ Q# p6 X$ C
  5. ...
    $ m* l! B9 z! L0 i
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);9 _; c; Q1 l  e. e3 ]
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);0 _$ X5 C8 c' l0 @
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    - m9 F( Y: H6 c* Y9 ]+ b: [
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    3 P9 h" C: g" D; n& R( N
  10. ...* P$ K  d$ K$ L
  11.     while(1)
    " X7 s: W+ w$ _( l* f4 c
  12.     {/ I! v" R; X$ C% q4 @) Z
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);! n" J! L3 r5 h3 j8 ~1 i$ I! p6 @
  14. ...
      `) B+ o% L7 O: A
  15.     }
    0 Q+ I) b) j& @2 I
  16. ...
    ) N) z9 Z" O7 z* R
  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;">
    % Y2 L/ X# P( e4 z5 I7 A6 V
  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" \
    9 Y0 J4 H9 ]$ H1 |
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ( @3 v8 n% L4 X. u8 Z
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \) s2 ^+ I  C$ p$ `  G
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \( X- w& @/ k3 X- H
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"! G5 F1 P6 J- M% t4 ~
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    8 ~/ j9 @7 b/ u$ P( P
  7.     printf("preparing header\n");' Z4 n; A+ ^: c$ G, a+ u* \
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    - e: j  e/ f! _9 k, `0 [
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    : f" A# L1 p7 T5 P8 q; @2 r
  10.             STD_HEADER \
    * g! X9 F' Z$ q7 ~
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \0 W1 R' z- h5 h( f
  12.             "\r\n" \
    6 D- F% l) q, U% x# |; o9 v
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");. A1 S5 H) |0 E' f( U
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " A: q" S( X1 `" j
  15.     {
    / E' m3 I) n' W! {( I5 L, }
  16.         free(frame);
    & h  _5 d: H# Y0 x3 d
  17.         return;
    3 L$ I- k( e' Z$ S" P& J. k
  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 E( D( h9 O* M( K+ I
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    5 G: m# h( o% v% P0 ^
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ! y3 a0 G' f6 y
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    7 x2 t; A( r: e
  5.         printf("sending intemdiate header\n");( ~, n; i  Z' P* ?* |: U
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 v3 {* q2 I7 p1 T# g" e
  7.             break;( V7 r1 x) e: q' P1 H8 @3 M
  8.         printf("sending frame\n");
    : I8 t* E& y6 R7 M/ {
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)% `6 d0 u4 K% J, @7 Q1 c' u
  10.             break;
    ! c+ k8 e- K; y
  11.         printf("sending boundary\n");1 H4 [- {) I" Y: \
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");0 U; R  w+ E! H- f$ f. Q
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)9 J: _# b0 v3 d1 m; m
  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。

+ r/ g) ?# H) n1 r) J* e

: d' @8 I$ Q+ l2 t5 U0 z1 h9 A
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
# V6 A: @$ ^* y; C- Y, E( K' }
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    7 {* b. C# s6 L
  2. {
    $ Y& \9 |% z7 W/ X
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    : p, e4 T8 z: O8 O0 ^
  4.     if(*socket_found == (~0))
    2 [# {' x. d! ?$ `9 H! p
  5.     {
    ) _- D, G3 m# Q0 c2 k% ^- ^; Q
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");9 T, p: E. {# A4 j. C6 j7 t) u
  7.         return -1;9 R7 s9 S7 h# I. E6 @
  8.     }% G- K- {$ M! Q& d
  9.     addr->sin_family = AF_INET;1 T1 Y- C$ p! }
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);+ {3 h  X9 Y" ]6 w" x0 D
  11.     addr->sin_port = htons(port);1 U6 B. r0 \; a( ~" ]
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);0 |4 r, e) Z! A( ~1 }/ {
  13.     return 0;
    . ~: T6 F) P  T" z6 ^! b
  14. }
复制代码
% Y  Y( U+ I8 ^6 H3 l

) T$ ~: v- q( {: e" n+ ^3 p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:$ T8 {- b# l; R2 w0 s/ x- \! @$ I

7 l+ O3 ?" l1 A$ T3 d! |1 u5 y  p% B! V3 W
  1. while(fend > 0)/ i- h. O% m( j  o$ t! c
  2. {- i3 q8 f6 }8 j
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));& i+ c6 V. k3 B5 J% T: F0 y! Z
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    / {$ c% R7 d+ R7 b: s0 S+ T
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ) @! ^) L) E. W- z# S6 D
  6. {
    7 r8 @  d  ^$ j! Q1 S. t8 ^
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;: F. k1 ]9 ^& [% C1 j
  8. picture.fin = 0;, a3 R0 p) Q5 z3 H3 q8 h1 N
  9. }/ l& `  J- O( [
  10. else
      @2 o# L8 W3 a; k0 S- l
  11. {# A% }. n4 u6 z6 {$ `) K
  12. picture.length = fend;
    ! m5 ?9 [) Z" O4 L+ v) o  _
  13. picture.fin = 1;9 ~$ S# O4 V6 ^. W
  14. }7 C! |/ ~, J& F% ?
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      f/ D0 U  j' a# o: p+ T0 c' |3 V
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 j) q" \5 d+ I$ U% ^" R
  17. if(sendbytes == -1)+ ^. d4 @0 u* t% f, W: v1 _
  18. {
    3 X! J, Y" O3 g
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 A7 @1 m1 m/ z# v+ ^% Y+ L
  20. return -1;2 o( T9 W0 H7 J, w" t9 |
  21. }
    ' W8 w) b" v" r4 C: }
  22. else" N4 t" I" O# v6 E
  23. {  u; e2 ]+ {: a0 t) `% q" h' c
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 P+ h; K8 F5 h' M
  25. }
    , R8 J! m9 Z* b0 w. h9 q- n
  26. }
复制代码

; w5 R( e7 s4 P& \* Y: }7 J% Z, I0 y& G: O* R# q3 R" J


' U& f' b) e* L6 V! C3 s' g7 }4 V% U
9 @* ~) ^1 R2 _5 b' F$ ?. niMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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