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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 L  o; q- D1 y! z1 z2 H
& h; m0 Z5 F/ Y. k/ a" e" V

: {; E  H9 ^, k7 M6 j8 R7 |1 Y0 h

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% i  c/ C) `+ S5 f. j

+ \9 O4 O# [3 I: Q( W& v( e8 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。

0 d1 v0 q  h) M# c  h/ p

% r0 H7 i: V( R6 F

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。


    $ o' K5 b9 z: I) J% V

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。

+ V( c9 ~1 B, X
一、HTTP网页服务器0 X$ f! o' Y# P2 N* _4 l0 O  o

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)& ^+ u: j0 F7 u6 @) z" j; a( z7 t% ?
  2. {1 w) e: U$ ]' N. e- G
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    3 p% n7 }4 o4 {2 n5 w( ~
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    $ Y4 Q. G5 \( b8 H% m* C* |
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    , A7 o3 a/ S8 Z2 Z. t" G/ I( w
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    & C! R( B7 j4 ^  Z$ T' M
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);* \% W8 |, d4 q: ~
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    9 T' a- v# k3 _6 n. ?% u5 y2 d  n
  9.     int ret;
    : ?, D7 R" R7 R; n% s7 Z7 i. k* R. m' i
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1). Z; h+ I& B! f% p- A, i
  11.         {
    4 a$ y" h' _$ v. G
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    $ V" d( p& K) n4 c! m$ `; P
  13.             return -1;
    , G* j4 O! Z# U1 w1 [+ f3 {& \1 ]
  14.         }
    & r# A( V; ?. ~5 S9 t
  15.     int on = 1;! _2 ^4 _4 M) t( ?8 h/ |
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) d) c  a) U; `7 d0 y3 ^
  17.     {) a6 ~2 S1 ^" ]% k9 S& B, D
  18.         printf("setsockopt error\n");* P; i, [5 X1 |6 c
  19.     }
    ( t. }1 |0 J! E
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);$ f8 O. E6 F8 ~" @
  21.     if(ret == -1)
    ) n: A9 U: G+ Q- }" T
  22.     {
    8 i, B% L' @5 A4 i& f% T. B( h  L
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 {0 ?4 }$ J  R# ?( l* }( Y' Y2 E
  24.             return -1;' w# k: I3 U% E* a# R. b) \- U
  25.     }
    & y, s/ P' k; I, D( ~
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 B% ~# b9 J2 S% J# b4 D
  27.     {
    : v% v( F: J9 W
  28.             printf("Listen failed!\n");
    , N4 f( V, }* W5 G' J5 ?" B
  29.             return -1;- @3 R% C% j4 C, T: g' e+ I
  30.     }4 T- J: H- u0 T( D( E
  31.     return 0;* b; v- s% b$ Z
  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);
    " U1 n. G$ n3 k& _
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    - L) ]6 R' b, R. e* E+ w' @$ Q. L
  3. {  n' b2 A- z, J* U+ Q: L2 q9 A
  4. 。。。5 R! V  c; G  N% e6 H
  5. while(1)* G4 [* n* v, a; g  k4 n
  6. {* B8 u9 b* c0 \! L9 V) k& @
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);3 @: e- ?7 D4 _. H
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    7 x! j2 _& X% h
  9.     。。。
    : \% D* T$ ?2 a9 j5 ?
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);5 L( W: R! X) Z" [
  11. }
    & L; C4 h% B5 t6 U
  12. 。。。3 B- [% p; Y7 w2 L
  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);
    * Q# i6 a  e6 y: ~8 f% Q
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    ! [- q* r' g! M! U
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    2 N2 h7 d. W1 J+ r2 F! }! K
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;3 \' @( ?  X1 v; a) w" ^
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);: }( d. [0 h7 ~/ `3 ~, q. O
  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;
    ) D; h1 k* @" @2 \5 M1 c+ O  z
  2. pthread_cond_t pct;' k7 y5 d& D4 \, a. S
  3. int main(int argc, char* argv[])
    " [) i" e2 n8 T! ?/ @/ w- g7 ^
  4. {
    & ]) o# P3 }9 h' H5 Z; F% }
  5. ..." t$ f  i: i6 d
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);; [$ Q' p8 |3 p$ E, ]
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);8 u5 s5 w5 l; @8 m
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    & m5 C+ \: O, [5 R
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);% J/ g8 ~4 S$ C; [: m( p, J
  10. ...8 v- a: v. c8 W7 ]) O  ]; e+ }. F
  11.     while(1)- d/ r8 h0 q- Z) x# ]# q
  12.     {& v! Q. r+ u& s1 V5 o/ G
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 s( N3 z, K! ?. S* ?
  14. ...
    - n* g  F0 V* M3 I0 s3 \7 K0 {
  15.     }6 o" Q; q/ L+ o
  16. ...
    8 m: T2 x, ]$ q1 y
  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;">6 v' z2 O$ J& d
  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: F3 S* i2 g$ T- X
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \! a4 ]) p. n8 j( u% v% W" B' i
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \8 E  z: J( ^; w: I# f2 ?* n4 ^
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \* D, s, q8 K, e. z* r
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    % P3 i0 J& R, d  D( t2 K
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"$ n+ f* y# h0 y' Q
  7.     printf("preparing header\n");! e- \! V8 M3 _3 O% B% [
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \6 q" A$ p9 o/ x$ K. U/ {
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \* j& o# @& f4 W; S. r4 C
  10.             STD_HEADER \
    . k# i5 o- L) Q9 U  `5 l: v
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : ?8 x$ g: X3 H, y+ U" F) ?
  12.             "\r\n" \: L) \/ n9 c0 @" P( |
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");7 L8 @6 z% R, U! |5 ~7 X
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & A2 O( h' {" r" [, V6 L
  15.     {  g* g+ Q9 J( I( y7 b; O
  16.         free(frame);, W6 J( p8 x& e9 y
  17.         return;
    . q# f/ p6 ]1 |7 `$ B+ w
  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" \
    3 |# f3 k2 @) a% Y$ e1 d7 `
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \# ?. I5 b+ O" Y
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \" _7 m! D+ l- y3 Y2 `
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);) z1 h6 B  E! J. d$ F- q
  5.         printf("sending intemdiate header\n");: R. p$ W- o: f  E! X& u; r9 |
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 Z2 j- b+ j/ u6 G
  7.             break;
    1 z6 X1 \5 R5 V: m* r1 c
  8.         printf("sending frame\n");; q" j- C6 D7 G  q
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    5 }1 F9 e5 l, R
  10.             break;
    1 p, W$ U& K5 \3 _) I- u
  11.         printf("sending boundary\n");
    7 T# R+ N0 j% a/ y, M6 g
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & W* P8 m  ]  m
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0), B2 n' d) R9 q) v2 }' 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。


9 l$ ?* @; a& r4 K" T


% G, S5 v9 y) }8 N) g3 C! u二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:1 @7 z. n" V4 P+ ~" Q# N/ w- i. \, c
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    % v+ C# F! k8 Z5 ?+ S' H- O6 I
  2. {! J. m6 O/ E8 u% G9 K
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    . J9 g: C# V  e( `! [
  4.     if(*socket_found == (~0))
    . @; S1 I* B' a4 O3 k0 u
  5.     {
    $ \3 m5 f1 u7 w$ A" a- m1 Z7 y
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    0 n; H3 o' T' G
  7.         return -1;
    : J5 ?6 V$ ]/ L3 Z
  8.     }6 [) n; Q& f4 V! \. ~. v
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    $ @; ~( M6 v# b& L( ?2 i6 J
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; j7 R9 e! o  v1 Z3 i9 A
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    . M0 K) c+ h( d, o: v7 X
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    . ], C9 t. i7 a8 w7 Y
  13.     return 0;
    / Z; e1 z9 x+ [& {8 ]: g
  14. }
复制代码

% y) E; Y, S; [
# L  H- o& D& h& k% U* [4 ~/ j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:
6 w1 o/ a: o2 B% {4 X: A% L+ S( ~/ W# p0 B7 @" l1 S- @
. V( @. c! B7 e# g
  1. while(fend > 0)
    % d) H* r2 Z' O0 {/ K' e
  2. {! x1 e1 W2 \' s2 O' P) ^3 E
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    0 e! G- |; N' m& R" A' K% ^5 \
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);7 Z5 [, z2 T# f3 v, R
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ' R3 f9 y7 s: {
  6. {6 ~/ ?7 _  l( A9 M9 Z. M* \# C' D0 _% L
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;6 x( U* d3 S. H9 W* Q0 c
  8. picture.fin = 0;1 [; h, G& f# q8 Z
  9. }% |1 |2 a4 t4 i) O4 k! c
  10. else9 ]+ j  |$ O) {# ~) B3 K
  11. {* v0 ?$ M. \2 g) z' }
  12. picture.length = fend;
    4 E+ B# q9 i6 Z) |
  13. picture.fin = 1;$ u2 K' m$ W  @$ ^2 w
  14. }
    5 m/ M: H7 W1 G, v/ `$ N
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);7 r/ s7 h1 T7 h9 u( S5 y2 s2 o
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    1 X2 S- L4 u& G( O
  17. if(sendbytes == -1)
    ) K8 i6 ^+ [* u$ x) ?0 u7 K* `( e; Y
  18. {
    9 q9 \, z; {! A0 b$ e3 y
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    5 L/ b1 G; p" P1 H9 C  D2 F! c
  20. return -1;
    8 U  H- y6 `& {9 t
  21. }3 f. a9 I1 i" j
  22. else# Z, r2 o; _+ s2 Q1 v7 n0 H- U7 O
  23. {, S1 N% F* \* |& l/ }4 \& U
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    5 m( k0 b: Y! f$ A1 w. x' O
  25. }- o9 E& Q: D* w
  26. }
复制代码
) A' F+ H$ f3 v$ U

- U8 S7 I- d0 O9 n1 S, F- V; G5 f

/ e& [7 v2 J  m3 t- }
# h0 w$ V; b" b; c# d$ {" k( ]
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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