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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 ; A* P# ?# I# @7 @

1 p. @  v' l3 X4 s8 H


6 q3 z4 k% b7 P' M) p: o

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
6 m( x# k/ U! f0 d) n  g+ X5 C9 U- e* J7 c
4 ]+ l, e- V# `

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。


% ~; B' q; b6 ?5 ]0 h. c( i( Y

7 {  O- V6 ^+ q5 b8 r' Y& [) a% B

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。


    $ {1 S: G0 r& K# h

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 l' {- J: N, K* z4 m/ I; t
一、HTTP网页服务器
* c9 m7 a, W- ?' \( j

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)
    , e" d; a/ Q" \, J9 e2 f& M0 t% [
  2. {
    ' A! e0 E# W9 Q: _0 O1 V' A# d! T
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    + ~2 f+ n" `: R% ~9 Q/ V
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);& J" P, f+ Y; l: k3 Z
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));5 b5 n" d( l9 j) K! d& Y
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    1 `. H+ |. Y6 H6 k
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);, \! N; \/ G9 I7 ^9 t
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);+ q# e8 |- J" B' I
  9.     int ret;
    - O& x8 J+ |/ K' s2 M% }) l
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)9 ?  S$ u! b" W* N/ N
  11.         {: E' `! p; c. L. G1 k4 M' f
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);/ b8 Q3 b0 X' }& r
  13.             return -1;4 H5 |5 @6 D7 s. q- q. |
  14.         }
    $ r% P2 s% Q* [0 v9 u8 w' d# Y4 H) Z$ m
  15.     int on = 1;9 |" y! P; X# T: s1 q" i
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - `) F5 i5 y+ s$ v
  17.     {% ?: H2 V5 M0 E3 i  T+ x8 |  `. o
  18.         printf("setsockopt error\n");
    # R* n, c8 `" p2 d- I
  19.     }8 X! j0 Q5 ]8 n; Z1 r% B# I9 q- a
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);! \3 [: S( R) y+ d, c
  21.     if(ret == -1)1 Z( p9 J7 ^% m
  22.     {
    % n! a1 ?+ Y& f/ o% Q- W
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . d) H7 \4 q8 g6 J" Q; `
  24.             return -1;
    4 a6 M2 E0 D. o  I: D
  25.     }4 F8 I% ^2 d( c9 @2 g: f' u
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    8 f2 @2 f% U. y4 N4 c
  27.     {3 ~7 ]* O# U! A. z% J3 c
  28.             printf("Listen failed!\n");
    1 D# t. [& C4 X
  29.             return -1;
    4 p" {3 Y5 K  Q) o5 P1 Q0 B
  30.     }# z2 B& N' }2 O
  31.     return 0;# h' i- I/ u, Y  w/ v
  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+ N/ Q; N1 a) o/ d
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    . t) K9 S& ?: j" N$ O* x8 S- s! \
  3. {4 r3 r, X' O0 y3 l- `
  4. 。。。
    # [' [5 U* \( U6 L
  5. while(1). E3 q+ e: C3 I1 N# m7 C/ M$ n
  6. {
    + T" V5 ]7 @! U6 a- O3 r. I$ G
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);# }+ f! x, \% K: ]- o2 Y
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");! U" M% s! v6 i) m
  9.     。。。
    % C/ C/ A/ s9 p. m) {
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    6 U% H, [5 C& j
  11. }8 f) v1 y7 V) i1 u% H
  12. 。。。
    , Y& B  K) R% x
  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);6 Z+ k2 r9 K- \- f) T# E
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;8 r% e. f0 x7 s& Y; S6 d2 R
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;# {, Z' x. F# t' `# O
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    ; d' P& l$ H3 Q! D, G, H. c+ w
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);1 ^/ \; V6 E2 z
  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;, v" t) P- V2 n$ H" v$ n4 J
  2. pthread_cond_t pct;
    ( u! G1 k" s8 M% }
  3. int main(int argc, char* argv[]). [) p3 E. a" `  S0 f/ V$ [! Y7 x
  4. {
    3 c2 n3 k" y& [! q8 o7 B
  5. ...  y# T  y7 e; G* }& L
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    7 o4 t5 S" s* `* L8 w3 [
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    : `2 [) a" ]$ @" o
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);, |  i0 {4 T$ O$ I2 [, J
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    : j' H) W9 C9 B
  10. ...2 B4 T9 G, x7 A4 e
  11.     while(1)
    9 Q$ O7 Y3 C7 G/ e! c' d
  12.     {
    7 A" Z  M7 T9 Y3 _' s+ p0 Y
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);7 D( u# H0 Y  w# y5 x4 c
  14. ...
    , A1 x+ g' v5 r8 V' r  Z
  15.     }( s& \* i$ k4 B% v
  16. ...  {& M  m8 j/ ?- ~$ s+ W+ I
  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;">
    : O1 j( B0 s. _. D- M1 Q! u# R' }
  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" \; N5 f" u2 C3 F+ s/ y1 r
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \1 `" J' N0 D' k! ^; h4 X. i
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ; D; g9 t' |- M
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \/ X: \+ i# g3 U. G
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    , Z: h+ ?4 I  d& U# |" X
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    0 [. n9 Q  v2 V
  7.     printf("preparing header\n");
    # \7 {" P6 s7 Q" P7 c1 x3 T$ Q* v
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    $ {, k; i- }6 ]1 W2 {0 G
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    4 g/ V$ O# N2 Q! g/ M
  10.             STD_HEADER \: G. J; W1 J: u" O1 d
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \$ E/ d; V$ o0 K6 h
  12.             "\r\n" \
    3 _7 {4 R) b3 {1 H3 s
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");8 p& F1 H2 I$ Q
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)6 u  I1 N( T# D3 I3 C
  15.     {
    0 W9 V6 t2 b0 l, g" j$ s- Z) c9 e
  16.         free(frame);
    # u+ `  k$ E; `: _* F9 m
  17.         return;
    + |5 T: z" e9 U1 f$ L' i7 t
  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" \
    6 _9 [! i1 b  }- j8 a
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \: L: i7 T) e( }) m* Y
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    % ~9 O$ M7 E# Y2 E$ ^6 w
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);% v0 ?/ G4 s7 P9 g' j/ h( q
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    . w) m+ ^8 ^+ r' H) F
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 I* W# B/ \3 ^6 L. b
  7.             break;
    , Y2 n" m7 E8 @$ A& n9 m
  8.         printf("sending frame\n");
    ) ~" O" f7 `3 ~; A0 a
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)- O# E5 k. W* p( d1 @
  10.             break;
    1 P0 }3 u; x+ C# j+ a% y5 \
  11.         printf("sending boundary\n");2 {/ L8 ?. L  |: Z9 q3 {! @
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 W; a' ~9 u% e+ |3 q5 S: o
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)4 k- d3 `2 V% D5 p5 S
  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 w1 Q/ w3 K9 R+ y8 p# L2 f  ~


5 o9 r( Y2 E' l* f二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:- C# \7 I& t! h) P+ J
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)2 v5 }& G8 ?: v5 M4 O, V" F: \. ?
  2. {$ U7 r; p5 c3 }- v
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);( _2 ?- i& L( y- F9 R/ `' v
  4.     if(*socket_found == (~0))
    0 V( C: [" `' x" o4 W- d7 i* `
  5.     {
    3 ?) [3 c5 a; h+ U/ x6 r
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");. l4 w) q0 W3 l% Y$ H+ ^3 O7 W
  7.         return -1;: W% {' I* G/ e5 J/ Y2 S; Z( z
  8.     }
    9 H6 @+ R" w- e
  9.     addr->sin_family = AF_INET;! J  @% E2 N. ]8 L' p6 a* z: g
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) j( j6 Q# p3 S
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 L! e7 R8 e+ f
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);  l* D" t3 i6 i- }! o7 R$ m
  13.     return 0;0 F0 W3 F; ^/ T4 U& w: u$ i4 z
  14. }
复制代码
$ v! a) x2 T0 @! c7 X. ^% j9 U
6 u, Q4 K! `0 |) Z/ }4 A* o# {
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:, [4 G9 Q2 e+ I# l$ q7 w( g4 d1 X" F
9 B) W. _; S0 {; s3 B( {+ E, O* a  _
: z& h& [0 c% ~, G, R  g
  1. while(fend > 0)
    . v) W8 r. ?' E% f" Z) W* t
  2. {
    9 U, _, W1 h% Q. L+ }: x  a9 G
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    7 c9 l  l" ?# m. k; V3 k5 d
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    . M3 Z' b/ G1 A) k  R: O
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ; L5 I0 N5 U! a# H1 C
  6. {. V; X# Z+ W# B# P* L
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    % _% q$ E( h8 }3 C, K: n2 H. @
  8. picture.fin = 0;- ~$ t# o- A) n' Z+ w+ O
  9. }
    ) g& z/ a! y  J3 v# m1 p0 l4 r
  10. else! R/ R9 X4 |- i. P/ r
  11. {+ h- a; m+ `8 u2 L
  12. picture.length = fend;
    , n  u4 {7 W# ]% ]  {  Y5 u% X
  13. picture.fin = 1;6 I8 g3 e0 `- l. ^! W
  14. }
    7 _! G* K2 F1 t6 n3 a! ~  y
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);& D$ V/ v- h) X0 }
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);2 |& ]7 C9 ^* l& R# s  {
  17. if(sendbytes == -1)
    3 Z9 s+ d' b# ]; _  X3 _2 w, s
  18. {
    : x# X% Z% N4 e" ?! z
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");" i5 ?+ F6 R) B
  20. return -1;
    * E! R7 G- q- e$ O7 ]0 P+ y5 G
  21. }
    6 ?4 i5 Y  }, J: Z" L
  22. else5 W( A2 m& t% \1 E8 m; t8 e. \% Q
  23. {1 r1 c' c' w' H9 t
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    . }" Q2 O  b$ _- l, i' Y, e3 \
  25. }
    : U/ s) @; @" w! k5 x
  26. }
复制代码
' H/ X1 i+ B1 r( g$ B; S3 _

7 x# M: G" r& m8 y1 d

& j5 ]; @! n, z4 q
0 Q0 i4 b" g# N! E+ t
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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