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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
0 r' M+ C6 f( `" `2 H7 Y( G0 s
: O2 w4 u& G5 o" k( d

, w2 i3 G2 O$ O' }' g, `# N

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( g4 i* C. `+ \% m" C$ A
( _9 d$ Z5 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。


& I: V( p; s* s: a: m' Y. I1 ^

6 B6 H2 V( c; G. [+ b# t1 E7 K

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。


    8 ^, w* z$ S7 k( G

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。


$ ^, l; P5 T1 D一、HTTP网页服务器, E& F  O1 \8 H" K2 _

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)9 ~/ G3 W! p7 g' \- ?; ^
  2. {3 ~- q+ r& F) P8 y, V6 E
  3.     struct sockaddr_in servaddr;2 i3 U% H0 L% T$ X
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);* B  w) @( D8 k3 P& W2 s& P. K
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));: ]7 l. X4 q# M9 y
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;, @. D% \# e" f( n, h2 s% T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 j0 P9 W- y1 F; d! g" |7 e* j
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    $ \. H; P9 \2 j! @" @/ i- u
  9.     int ret;
    - `7 q/ n- S- T) Y3 _! y
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    2 u. U) M( h/ \% v
  11.         {
    , u( j7 {1 r) B  G6 t* ?/ k
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);$ R1 e$ C& f9 m8 O! R1 h3 _
  13.             return -1;
    ( ^  e0 v6 D* y  ?8 l
  14.         }" L; q# u: ^7 w. O) v
  15.     int on = 1;: @9 M  q% z" J% W( w
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 e* `% Q) e  S( P' J& X3 }# h# v
  17.     {2 h" T3 ?/ F, M- V
  18.         printf("setsockopt error\n");
    9 o5 k, q4 {- C7 E
  19.     }) w8 d8 M& c1 n/ N
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      d6 r. R1 B3 p
  21.     if(ret == -1)
    4 C9 H& n9 g6 z- W: B
  22.     {
    - P5 V0 d/ I3 j  E+ R/ f
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 n1 f/ o- _5 I* L* c) A# c
  24.             return -1;
    / e  m+ m" ^+ S
  25.     }
    ; d: p, v: O$ r& U
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)% \- F, ]5 r. R& B0 Y
  27.     {: h. d& B$ g! ?% `# R- s7 E1 t
  28.             printf("Listen failed!\n");7 d. c$ D! S. D- `, N6 J
  29.             return -1;9 J% v1 l" X8 ^7 g
  30.     }
    * I8 x. s- m1 H5 p. [' `
  31.     return 0;  Y  c: @9 O, r
  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);
    1 h+ H: P' u9 @: _
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
      g) k1 z% J2 R
  3. {
    ) }6 z+ ~- {6 B! l/ A# n
  4. 。。。/ G! j0 z1 f8 g0 T
  5. while(1)8 u* o+ z& g9 M
  6. {3 z" F  k) N+ Y2 u. S& c
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    2 x. ]1 e& d. ]* w2 \+ e/ S
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");  j- x$ k, M+ Z( r3 h* k0 p" J
  9.     。。。
    : c9 o* Q4 I! w# }
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);3 W$ n% p5 ~4 d- X& `5 [
  11. }
    , z  ^7 n8 V) G6 o
  12. 。。。
    5 _) p, J6 I' [0 k
  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);: r+ U) [* r$ T+ r- ~' i! h
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;- w; |) @1 E6 x# A4 [2 U
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    : B: T8 B3 z; U" _$ u8 f
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    7 Z* i5 A$ G/ k+ Q
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    8 ^  o% b0 Q5 u3 I+ u  N0 Y% ]6 W
  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;" H, E  b2 C/ s: d( i2 q
  2. pthread_cond_t pct;: C* T- [! g7 g6 R' `8 U5 d' ~
  3. int main(int argc, char* argv[])7 x7 Y. m, d3 A9 ?# Z
  4. {
    ) T# m) n& {( F
  5. ...4 v( D& c. K6 c9 L/ J
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    8 t% X, X' ~9 Z- O8 E  x$ @( i
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    + |7 ?' f+ V! I: e- x8 C
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);: a2 Q" R3 ?4 ~5 h. f: R1 u
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);* z: J' `5 f6 x' P5 l' q4 l
  10. ...; I7 D! C  o0 ?) F" \/ l
  11.     while(1)# H( C1 n  p# T" `) G% K
  12.     {* B; Q6 P4 m: ~0 n; W/ d
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);# I  F2 B1 e5 r1 y& ~% @$ B5 J
  14. ...+ X% z2 L. T" g8 i$ s
  15.     }
    $ ^! z4 s7 Y2 a/ I# n* J( E
  16. ...
    ! u$ X5 I0 N. E5 N: F. G8 |
  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;">
    ' e( K( R5 M3 o+ g
  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" \
    # M! g, v8 L9 Q5 u- J7 k$ B6 z. g
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
      o" ^- P7 n( [
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    8 t* G  L$ C. @' U& o
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    7 j8 g6 V* @; z/ A; a9 G+ E% |2 X
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"% q5 l( {' R- G; R
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"# ^" M1 [1 u( Z5 ^
  7.     printf("preparing header\n");
    8 f0 i4 c# l4 u" T; N7 t
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    , L1 C" B' V( G; Q
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \) o/ l7 \& h7 E& X2 F
  10.             STD_HEADER \
    5 n" j" w/ ]) _* B6 U
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & z" o3 r/ d" b
  12.             "\r\n" \, W* Y0 g1 y1 p% q
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : ]+ R) ^! \8 e) w. P9 q$ L& d0 ]9 x
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)4 L" b9 q( `7 c; C
  15.     {
    # ]$ H# K$ o# \
  16.         free(frame);, J" Z; \6 F: l9 n& q6 n* O
  17.         return;5 v4 X% a4 a/ _  c0 t+ `! T8 s* P
  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" \
    8 z$ Y1 b4 _! P# x. {( p
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \' a6 P) F% x+ c; }% k9 ]
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    ' m: w* T( q8 N2 ]0 d
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);( k4 x. s& \$ y5 ?8 v; z/ v  O
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    * J. U1 O# ~) U( k6 C- {- H, C
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)% O) ^( `+ M  |' P9 f& p2 ]* \3 l
  7.             break;6 ?) A1 l5 F5 @) n
  8.         printf("sending frame\n");  b4 q9 U& c/ ]' e4 b4 U
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    & {4 J. p; I/ ~1 m* Q: y  E
  10.             break;
    $ G# Z" ?. n  n
  11.         printf("sending boundary\n");
    3 J% z8 _& `( |1 ]
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % l+ J6 g. b# |
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + s2 E# U0 j+ ~; Z5 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。


( u) Z$ U5 _; x% H( i& [8 ~; J  h! W( D

' L& I9 p  A0 H3 I
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
' k+ o# F: E! {0 A; k5 d
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    8 `5 j5 L' }$ q) K- \1 a; x
  2. {
    : |: \* J/ M( \, V% N) I( \4 N. F/ P
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);! M) v: g( o+ i# I
  4.     if(*socket_found == (~0))  P- |7 I& n8 K
  5.     {1 N, d* X& H4 I" I7 J2 m, P. N
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    : Z1 o; @, N5 i* {' |; G
  7.         return -1;
    * n8 |# D- ~& c6 K( A- x$ o
  8.     }
    : L( \3 T* ?$ B' H
  9.     addr->sin_family = AF_INET;9 z/ x8 ]1 x) v9 }+ x
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);+ q- w" i2 y+ S% o, Q% s& U, X" W1 K
  11.     addr->sin_port = htons(port);- X* I1 a" k$ T) Q+ D( {2 V
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , T2 n8 r" |3 Z9 u8 P% v" f4 i9 E, ^
  13.     return 0;
    - D+ e! ^$ r: _% V  {' J
  14. }
复制代码

' b: _5 j; I3 T! `1 _9 ^2 S0 ]2 t2 c1 K& E8 D
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:/ r+ A9 x3 g9 ~5 _. G, m* ^% |6 i
" q+ y5 V* l  I0 `+ C7 T% r( j

4 g/ J' p# w& Q4 H4 O' c
  1. while(fend > 0)5 n( v& d! o3 j4 m: B$ Q
  2. {
    ( `+ D6 t8 S% Z' z. z
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));+ p% W/ P# B8 F& T7 y6 x
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ( ?- I" a0 Y  g7 y
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    + P( D- S6 T$ L+ F
  6. {$ @* u" @8 E; h
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    & e& v6 h* O, S+ p: J$ U
  8. picture.fin = 0;
    ; h7 ?6 _2 d% R" S" I: B
  9. }
    $ l& T1 S) f6 O& j9 @% Y2 P( C
  10. else: u! ]) I- h2 y- ], y
  11. {
    4 f9 ]+ l$ i+ M/ X- g
  12. picture.length = fend;
    ' F5 j  R6 c& G; j  P) {& R
  13. picture.fin = 1;+ M5 k- F7 `0 @# _6 |7 v$ y" o
  14. }  v& m  S4 i4 D: K9 W% c; D: ^
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ R# L% o9 n: i! `+ A1 `. E8 |
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);4 w" x5 A: `# I9 s
  17. if(sendbytes == -1)  x+ x/ l6 V6 s' i1 j, F
  18. {% k; H) `5 F* A6 F
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + C' j1 `0 l6 g+ @
  20. return -1;5 ^$ p3 }4 Z4 @$ w1 a9 i
  21. }
    0 O5 q! C, a9 s
  22. else
    $ J  J9 i! e/ g! M
  23. {
    5 A$ L3 W1 V. w7 L/ _
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;+ _" ~5 f7 J6 j* w
  25. }
    3 J' E% E/ W) P3 i/ J/ `" c
  26. }
复制代码
8 c& A  [# ]" r9 m
9 g. ?$ G! ]) O6 W( B+ k

$ M5 m) v! \# V4 I+ @9 n0 m2 C
# }6 q2 L' L9 C- Y, F
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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