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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 u" @  [: R: f3 M4 m0 z  y" Q$ ^" \7 H6 c


) ^1 T. b, Y. H* I) h8 J; 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$ x7 Z( ~# t1 z/ b) C

$ V3 j$ y) P& W. u# D4 s6 N9 n

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。


- O6 @! Z0 ?$ r1 Y" V- }2 W


! v0 y1 r" c5 B$ A! f* S

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。

    ( G( P8 u$ g0 J' X

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。

% Q. e' P! H# R+ Z( r/ |8 y
一、HTTP网页服务器, E; x+ L' V4 y) t* g

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)
    ; R7 z- |5 w! S
  2. {; S# Y; t' ?9 p3 ?# c1 t
  3.     struct sockaddr_in servaddr;+ I: ~* s# S8 U; k. a5 c% M+ u
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);* [" C! C3 J! d2 Z; ^! Y
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    , W- Y7 \0 e. v6 J- u$ n$ V# ]2 h7 e
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;+ Y/ ?( s$ R+ v; V
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);* K; G3 X  b# i& {
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);. l& I; E, W' y! g3 [! C# i
  9.     int ret;( h. \2 y8 i, c, d: r0 E. l# {
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)4 u2 R. u1 x* k% n+ Y2 ~
  11.         {' V1 I+ M! z) z, z
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    + B/ X! S2 q  l
  13.             return -1;& O8 A6 u& D% F# w: M- t; B
  14.         }* @/ a6 z3 N- G" i
  15.     int on = 1;" w  j" j  D6 c
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( ?7 {  n& w0 R6 }% R+ _$ |
  17.     {* D& ]" N) u% [/ O
  18.         printf("setsockopt error\n");
    8 z$ `8 n9 n/ K
  19.     }! @1 l# J& O" N; ~6 t
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);1 A4 A7 U8 L- l. W4 @- c* W0 A/ ~
  21.     if(ret == -1)
    5 L8 h6 ]0 M/ d0 m/ u
  22.     {; f2 J0 i% I, v: E0 W3 Z
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");  d* ~; `+ b" y  k
  24.             return -1;& [) T$ ]4 f; [, |$ A3 n6 k
  25.     }
    9 r# O7 W4 v+ N: @$ g# M- t
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - E  ~1 Q4 G8 ^) o: f: X
  27.     {
      L* h5 I, {1 k  F- A+ s
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ; Z9 r8 v) j2 I1 E' |
  29.             return -1;2 M/ |  o, q% N  y1 q. p
  30.     }
    + x) v- w3 q, ?+ P- N
  31.     return 0;" J9 C7 r& Q4 U) o9 P  ~7 [
  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);
    + r6 g; u3 R3 v( c0 q! z
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    & p. }( u+ V. ]! _( I
  3. {
    - w+ A& j  z$ I. c& E
  4. 。。。: H; X6 I& M7 k
  5. while(1)
    * v8 G) [# p. I2 |2 z5 ]2 h: R
  6. {
    , y+ ^$ ~3 s! H7 ~6 F
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);  o; F& }* Y7 P! V4 {$ w
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");& ?% O* `& r8 g) ]* \9 J1 Y
  9.     。。。. W2 y9 z1 r$ o1 u3 X% E% t5 c
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    % R* T" {8 k7 m; ?
  11. }+ P+ M$ |( P) v
  12. 。。。
    : @4 g1 R( z8 L" e  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);
    2 b3 Z# H9 l1 y
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    4 Q6 h& }; S0 f; q/ n2 C7 X
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;7 }, u. Z  P2 ~
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;' ^+ V; R+ i' b6 H: Z: R! f  p
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);) H/ z( g  H2 A) K
  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;' ~/ W0 ]) o; E6 m7 F* y8 k
  2. pthread_cond_t pct;
    5 b) A* F7 c! K: F  s
  3. int main(int argc, char* argv[]), u6 l4 A# u# d9 _4 P
  4. {2 G* k# l' H. o2 y1 v: L8 ?6 |
  5. ...
    ; K' t% C3 E- k# S0 g1 Z
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);2 F" Q1 e* R. }4 b1 G0 g. o' I
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    0 Z0 x2 o; ~5 y
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);. Z1 q& @1 t: T1 a  V# E- P5 Q. ~
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    ! t5 o  i, X; f: e
  10. ...
    : {. V) W( X8 N5 |8 R3 _- q; M1 ], F
  11.     while(1)
    / C; v% Y; \# ]8 v$ y4 f
  12.     {6 Q6 {" \0 Q( k7 `" D5 J
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ L7 s- h" W0 C% V% N9 ~! b
  14. ...
    * |; D$ n- v9 }5 _- ~% R) c, H! W
  15.     }
    $ v# Q+ d9 ?4 l& z( N
  16. ...
    + `, J' s& p+ {- l' O8 W
  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;">. s1 M# D8 \- k) c- e1 C( i
  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" \  E) X: ?: @" m( r& T) [
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ( k  S; Q8 o: D3 n4 o4 F) t* i
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \' b8 S! Q% |7 @# H7 N& Q9 q) p
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    1 _* b! d/ M3 Y& N
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    - i/ ?( \4 I% q- f# A5 w( L$ y' F+ t
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    4 m( B. ?4 v+ Z
  7.     printf("preparing header\n");
    9 Z; i+ ^3 ^! r( e- @) s
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    7 s$ X3 `1 c0 I& |: ]. G
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \7 z" \- E, u5 I$ z/ q' F0 T+ w* @
  10.             STD_HEADER \/ `" ^' a- F, D/ m% U; T
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \  L& h7 A7 \0 G4 u; t2 \& Q
  12.             "\r\n" \' u; Y9 S9 _6 J3 g4 n' m' G2 h/ W" z
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");# q! U1 T5 ]3 E4 z0 m" j2 ]
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)% u. [( w  O1 ?' e* m" P. P
  15.     {  I; |/ G) ]% d) `: {& j1 |
  16.         free(frame);6 @( I) U5 A: v- V- p3 C  ]
  17.         return;
    / C& [% `4 o' y# d; t- d, c. C
  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" \
    + ~/ _' O8 I7 |% w4 B, G3 a4 q
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \% R% P* W- s. N3 V
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \# d  B3 u/ c& N# H
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);" ]- s" a: b1 D+ F# d) U7 ]
  5.         printf("sending intemdiate header\n");% l2 X/ U- i" f8 S/ n" b
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 }3 G! E) A# [* Z- h* D4 Q, O& m
  7.             break;
    , i8 s+ v0 B1 ~
  8.         printf("sending frame\n");
    2 \5 w5 i8 _1 e5 U
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    , S2 L, T6 A+ O3 f! @# n( B& h# W
  10.             break;4 p+ W4 g4 f* e  |& a& E# T! a
  11.         printf("sending boundary\n");1 b+ W) L" C; I% U, n0 _' V. E) |
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");+ g% w( Q9 ?* F0 A$ L
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 p6 ^4 C* A, R( x1 K
  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。


# e! M- ^, S9 `9 ~

" A$ ?% L2 X1 m$ K+ g. M' R3 T( i
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
6 Q$ X8 `. ^' r& \) A
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)5 s) Y5 v7 e: R, k7 F! V/ F0 Z0 @+ V
  2. {6 n! O  w1 p* G: E/ _
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    1 T! W; {! r% N" K2 M$ m
  4.     if(*socket_found == (~0))
    - M% H! i- j6 ^: w1 T. U
  5.     {- m+ q3 n- l8 z* d4 a/ X. K5 q4 ~
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");+ G% C# b3 A4 _
  7.         return -1;
    1 E/ u7 ^+ f- e, _9 T! K. c& o' @
  8.     }4 F) P- q8 _9 j1 R. x' ?3 |
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; C$ p- O+ Q; l) N" {% f( P: W4 X! u6 I/ k
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' m1 E2 b, W# y8 e& _
  11.     addr->sin_port = htons(port);$ \# V1 W4 }; u+ e5 G
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);& U6 l- G: e8 d# Y5 ?% p; U
  13.     return 0;
    8 H% G- ~, B" U1 f4 f
  14. }
复制代码
. l4 |% v7 }9 i

! I9 A8 ]: U; M7 R% P- u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:
$ y  c1 a! p) A, V9 n+ ^! q8 q; k% ^" ~

2 V2 H9 _+ t/ ^8 n
  1. while(fend > 0)
    4 W, A" P4 x/ v- x1 O% {( P
  2. {/ P5 `' V' |; m. M5 r
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    7 R# J5 H' h( X9 |# g. ~% m
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ) }+ ~: m9 s4 r. A7 G9 s
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    5 }9 f# |0 \7 Y
  6. {6 u# F2 H# G3 E* p# R
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    - ~  }9 f. x% ?" }6 C
  8. picture.fin = 0;8 N6 `) Z5 U$ P
  9. }
    - J' C: ?' U: i) {- j0 H) [( O
  10. else5 j/ T. B. `" l
  11. {
    " X, Z. `, j) E* R6 I! }
  12. picture.length = fend;
    ; Q) T# A! d0 F3 U9 u4 Z: `
  13. picture.fin = 1;8 j4 ]3 ~/ ~/ y0 K+ W% Q
  14. }: o; E3 y5 }6 O" L! h& k9 D
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 N9 ?  q* c. p$ {" z
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ! g" b' T) G7 c  m
  17. if(sendbytes == -1): R! T6 c: w* v2 C. y
  18. {. O0 |+ J( t# m! @3 _% a
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");$ G( a' T( @$ B- ~8 I: G
  20. return -1;+ a+ C1 i  u2 ^% v/ |! R" y. R
  21. }
    2 J- N+ R  U" |+ c0 q6 N- C
  22. else
      B& A4 @0 x3 @0 X) {" S/ N! V
  23. {
    6 F3 [9 I; t9 o5 g, e
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ) {9 E3 N7 u5 K5 ^
  25. }
    5 W8 r6 S' z% E; n
  26. }
复制代码

, y6 y& U7 X$ A, l# t1 E: \
6 G; V/ x/ ]* Z


- H# o$ _% }, U0 V) w2 O) n( A% B/ E
& r. V) L  Y) ]; \3 U* M) E3 kiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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