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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
( ?# e! h# q$ k! r# g  l, H$ q9 \0 W2 k; s0 Q  T  |

9 [( q  y: {. R7 K' r# w: R7 ^$ Z& Z

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
5 J; [7 b- m  p' @3 F$ U
  N; F' R5 M6 s! ]3 h

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。


3 h: U$ K. m9 r; p! Z# \( d' Z


, n1 u: s; R- v3 v. j4 u% P( I

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。


    & e$ d3 ^0 B5 \: O) [8 M5 \

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 j8 f3 u1 n* }5 W$ p) a一、HTTP网页服务器
7 |( X" I( f. _% w1 p+ [. p

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)2 b4 l/ t" w* B# ]( h' i7 y3 C
  2. {* F  c5 ~3 ^) a7 B( I* i; r' j+ f
  3.     struct sockaddr_in servaddr;5 [, ?( l3 l% y) O: ^8 |
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    # r* d$ y/ J( F5 P$ a' G
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    3 h. [5 n  B8 s! t- S
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    " m$ Z. K  M: k) I) r  _/ X
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # z5 F4 S) U* h/ E
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    # n) [: Q1 W! I7 s- l
  9.     int ret;: }8 t, D6 B" o7 ~; a4 x( w" D
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! Q& U) D1 |0 x! O( t9 t
  11.         {
    # b. f1 ^/ w6 F  t1 s
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);; ^" k) a- W9 M' t; Q) [" ?  }
  13.             return -1;
    / M( B! w: T# }6 C: E: A( h
  14.         }
    # a" V3 p9 F+ O/ N  h) d' S
  15.     int on = 1;, k* n# M; G6 |* u2 [
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 }, I- B3 }2 C. e. ]* X" D8 ^
  17.     {  _. L# R/ k" R, X" C0 P
  18.         printf("setsockopt error\n");
    " C- k, C! m1 U0 C
  19.     }
    ' @: s, R6 ^: v4 |+ r
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);. I$ S5 `6 s/ q7 N
  21.     if(ret == -1)3 }* O* L/ p. m  Q
  22.     {' s0 Z' Z% ]6 q' @! H( C& y7 `7 G( ^
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # c% P+ B* W3 O- m# H% ^
  24.             return -1;
    1 g* w& h3 _  _" A7 N
  25.     }
    % n# u& u# I& E  l2 M3 i3 v
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      j$ A9 T9 Z  `2 }: G
  27.     {
    ! d: W4 x: k4 L5 g, Z( ~
  28.             printf("Listen failed!\n");5 l/ m  M6 K! {* A' B7 f
  29.             return -1;+ o- L2 D0 W0 b4 t" C& t: U- L( g
  30.     }2 q  F2 Q" T* _9 X( {) h9 {
  31.     return 0;
    7 a2 ]  ?) O( m- `
  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);3 u1 L1 @, u4 Z6 y
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg): Q3 g# r' ~- O0 O, Z( l3 q
  3. {
    ) k9 a/ X2 a2 p5 h1 P
  4. 。。。  [5 q3 m1 U3 L- W% ]# n3 E
  5. while(1)" S$ G. P# D/ h1 v' X
  6. {( ?7 f. g$ y  m+ D7 b+ K4 L, o! w
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);/ v, j6 A8 v. A3 y
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    3 k# |- U, N$ B6 @, k
  9.     。。。
    8 r4 M7 u% {4 W2 ~# Y- W: Q
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 |8 A; K% a1 O- {, s7 y; R6 q
  11. }) X  r$ i+ e& C8 c; {) ^
  12. 。。。; L; Y) e* r/ Q
  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);8 v% y% z5 B" F2 _; m
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;  j3 c2 p& ?" ~. L
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;6 L8 _: |) l: v" R' e! @
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    + N6 S6 g0 G3 u% A2 `6 l
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
      I/ p' P; i) b8 n
  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;
    / D7 b- D1 U& ]) F( N
  2. pthread_cond_t pct;
    , _1 d* l( m5 z( V& z. B% \$ y
  3. int main(int argc, char* argv[]). C9 ~6 I( k* l+ `$ C9 I: y7 d
  4. {0 i4 O, f& H; y/ R- k) L
  5. ...: z+ M  \( E+ s6 q& F0 O5 n
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);: A: y( L+ [" U0 t0 E
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    ) g4 [/ s. V' {4 k
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);: J, m) {  E: W, r1 z
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    & F, R* r3 a  x* i" W
  10. ...
    % ?! t5 T8 ?1 n* R; h
  11.     while(1)
    & A, r0 K, n7 F
  12.     {
    8 f4 r, S9 o  N: n( o  z6 s# u, v
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 t5 h0 n" i" N
  14. ...
    & Y6 ?! Y% \" B% }- ?
  15.     }
    9 b6 i# _( `  D, H1 ?
  16. ...
    $ |1 }5 Q  n' T
  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;">- O8 v; q" F( G- }2 V, 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" \: C$ {6 d9 l: l
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    5 I8 g/ a9 E% Y5 L
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \+ O7 f: h3 n, \' t
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \8 ~/ }6 n$ D7 E/ J
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"/ ]8 |- c1 ]& b0 X& s; v0 {
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"7 b4 Z: N, P+ I1 r) g5 a
  7.     printf("preparing header\n");
    & S& B- ^, S6 ]+ A2 o" J, A6 f
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    : Q! V) [& v& }: r: J0 {+ n% C/ M: ^
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \# s/ `: I1 ]6 ]/ q/ S* x
  10.             STD_HEADER \: {  M2 D4 h  A4 ^3 [+ u( y
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \) u/ v$ F1 N2 Y5 F3 D$ r
  12.             "\r\n" \
    : E6 m. P3 s: M! s
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      F+ W( k: G& ?
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)( A" q7 B  m1 `& K
  15.     {
    " v! u& N& L, h; T$ }( D3 g
  16.         free(frame);
    $ E. i  w% J; ~+ r8 @% a
  17.         return;& o, I6 V/ F3 y- D, n" V
  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" \! O/ Q. o4 W4 W9 W7 r2 H
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \9 l& U1 a, c' M. g) |" C4 t- ^& C
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \* N) ~) \% J7 o- n1 s" H# P
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);4 A9 n1 `2 Q9 i# ~. u
  5.         printf("sending intemdiate header\n");/ n4 e: I. [( y* U* k
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 P6 z' ?& u: O9 p" i
  7.             break;1 v4 U. Q: g, D6 j7 k; G. {! {1 ]
  8.         printf("sending frame\n");& [' G( Y- G) B
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)! W% `, A1 ]. S; I) }& d
  10.             break;
    : g: J4 b" s1 j4 m
  11.         printf("sending boundary\n");
    . ~) f5 o) o5 _5 Z2 Y
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");1 R& M) n, G2 L$ n* Q  d' p
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 T5 c9 w1 D; U! F! N3 r$ Z
  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。


1 C+ n  ^( M, P

0 a. R7 `( x* U, ^2 s0 f6 ]2 V  P
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
2 c2 N0 Y: y0 z; Z8 j
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    - w6 K/ S% }# e2 q; H
  2. {
    , H8 Z6 @! }0 l# _  j
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    " `2 `" [7 @* ]# N" d
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ' Q4 K7 B" u! ?9 R8 g
  5.     {
    ! M* m4 B! E4 S
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");* s& _7 v& u# Z% {8 {( |
  7.         return -1;
    * V! {7 e1 c% g4 J$ Z  x
  8.     }3 i% d4 a4 L, |
  9.     addr->sin_family = AF_INET;$ O3 O! I1 g; R  H* N4 C
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);" q& A; W4 a* [, K. H: B
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    , d& ^8 ~8 K; p0 |0 C
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      L% \' `# L8 G9 N) x
  13.     return 0;+ V* ^4 o# X( {7 z  ~- V
  14. }
复制代码
: T6 h: ?+ f1 P" y8 c% q* I+ D* ]

: L7 g7 d9 y" Q7 L3 q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:7 l( e4 k7 w" Z; y
+ e# T2 G0 U% R1 L& s& b

; y' b& O' L! `4 \1 ]# w
  1. while(fend > 0)& P8 l. `+ A: ]! |: t
  2. {
    ' E- \0 V% h+ }, ]" M4 V7 _
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));$ P* U* `7 J3 v$ @4 c
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    2 ?4 k8 F: T8 Y) j
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    + Z5 @5 p+ {% L; X, r* i/ Y3 `& d! a
  6. {9 r1 E2 o/ c- b9 o0 r
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    9 o# {1 X7 Y1 L0 o9 q
  8. picture.fin = 0;4 r4 b1 N' y- ]$ f" \9 b0 K
  9. }0 O3 f0 y$ P: p5 {! D
  10. else+ ~" m$ k, T  k" l0 B2 [
  11. {
    : |" u" j* A. `9 _
  12. picture.length = fend;
    & S/ Q, Y, p  M1 V- A
  13. picture.fin = 1;6 p+ d" `9 }+ j5 b. d7 ?3 \
  14. }, l" B/ r/ F) p! y1 }* T' a
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / _5 `  ?4 G& e  \9 G* R% E  z0 F
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 c* e9 i6 g2 ^0 m" V
  17. if(sendbytes == -1)
    : v0 o# X; W2 Y" o4 x- p
  18. {: ]0 I7 t; a5 F2 Z5 q6 F; L6 v; ]
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");4 s! x9 F! \: u
  20. return -1;
    # ^3 K5 v" _9 c# c# R
  21. }
    2 E: y( g5 l1 v. R. g$ x" i
  22. else1 i# U. A6 p; d  U8 B) b# R: y
  23. {: ]  Z, g* y. z
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;( q* A6 X9 m- D4 Z
  25. }" l; R7 ^5 I2 ~
  26. }
复制代码
% j/ k- G# u# `5 i# b  i
( ]8 D% }" [4 f* _9 N9 o4 m

2 d+ T3 K& X4 f8 _9 M: _

5 N) E: u2 f& i' H- D5 S8 siMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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