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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 " w) _, ?4 l7 ~* c

3 N# j; n" D4 O


, J3 W) M5 ]. T5 E& n8 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
. ^4 f- \- [6 m; V
# S" ~( T0 T3 K  E! p6 w6 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。


( R, E& ~/ H. \: b  d7 {) s


: i! L; N  A  i9 t! H

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 X" s3 B% p( {5 ^* c  o4 w

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。


. s8 \! c% g  b; l一、HTTP网页服务器
- d8 Q9 `3 h* ~  [

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)
    1 g) r& y* n3 ~# b2 \, _( _) k
  2. {
    , X& g, W3 V8 Q; L
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    " }' l5 c' R- \2 V/ m
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);% U/ A& i0 S- J( m9 A" b' o* q+ F9 \
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));. @: H$ Z/ J6 y1 R9 p
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;+ R4 _2 `) r6 q- L1 |. m# W2 W
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      J; y; P  ~( m/ [
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    % e: p# w: A3 p9 a) ?5 ?
  9.     int ret;: E+ D9 K8 U5 L; F' c+ ], i
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # w7 p+ N+ J" a/ d" s
  11.         {1 J! A4 @2 V/ |6 b7 W
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 n- J) l5 y  \6 I
  13.             return -1;
    9 W7 `1 p. B' ^4 A% S/ y$ C
  14.         }
    ' G! I% a* p) q$ u% y5 M) l
  15.     int on = 1;1 v7 {# Y4 X/ j, }
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)) d% ]. v- S- L& M& k' o
  17.     {
    % _' N: }4 N7 l' ?
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ! b- T) z  u7 q2 p/ ?6 Z
  19.     }
    + E- ]" m8 E7 H& S
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 e+ O; t9 n% \8 v' a. A+ ^
  21.     if(ret == -1)
    ) J8 \/ ~3 f* F# E+ R4 I
  22.     {; w7 j' V% D+ F7 u4 z( ~8 F
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");) Z0 r. W; D) |; z1 Y) I
  24.             return -1;3 ^6 ]) {' T% L8 g, [4 m) h% K3 d8 l
  25.     }
    ( C1 I+ T2 J. u) `
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1). H" Y0 j8 E4 _# S, k) p
  27.     {
    " h! U' _4 d" s4 d8 b# ]) c
  28.             printf("Listen failed!\n");
    * V& q+ q! k( C, N
  29.             return -1;
    ) N" X' E, W' z5 [
  30.     }
    ( x  Z4 q' U0 K
  31.     return 0;7 e% I0 n8 e$ b& X
  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);' [0 Z# S0 F4 z, ~1 }
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)9 Z6 F6 b% m( S$ k
  3. {. N8 |1 Z9 i7 x5 X6 L# j- ?
  4. 。。。
    # O% x6 n- [- I) M+ c2 Y
  5. while(1)
    % g* L5 P$ f' M' u, z" g5 V! P' j
  6. {
    3 V( q3 A% K# ]5 d6 Q) R
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);" |+ n4 P& ]& A- `
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");% [& R+ v9 T% m2 L* z( G0 F0 s
  9.     。。。1 H* |3 ]* J- b5 _% Y
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 c+ y$ k0 T, w  U5 M
  11. }" L' s: @9 _' S+ R
  12. 。。。
      T9 l1 Y3 q4 r3 E
  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);, z+ h2 s: i* E+ R
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;- @; ~1 ~# h* D6 k& B3 a
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    ' C. N" Q( u) P" t; C' c
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;' `9 l; g/ q  y6 G
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    0 D# V% k8 B% m3 J/ R! e4 \
  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: q+ Q( ?1 P' t- x0 _6 q: n
  2. pthread_cond_t pct;3 u2 `' O0 ~' u8 e' U
  3. int main(int argc, char* argv[])
    . K7 p( ^# D5 A4 o
  4. {
    5 u/ L- F; q4 h8 `1 b7 N% D3 B; `- `
  5. ...
    % a; F8 N4 Z2 @, _  d! f6 H# i0 W
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    ; s8 V9 C6 a+ }; Z" [% {( ~
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);& z% V) i; u2 Q; \! i! D1 t
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    - {- M" A' z5 [
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    , \$ r4 i2 _, p, o4 w3 ?
  10. ...8 S6 Z4 R9 |' A! C$ H9 C
  11.     while(1)
    5 D" l: O# I+ n$ x" B1 o4 B/ N
  12.     {, l% K. Z$ U7 Z2 _- i
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);5 Q, ~+ K5 L4 S( b" t+ a
  14. ...
    3 k2 J: A' _% B0 F. X; s
  15.     }" i7 J! x4 k6 c/ c* W
  16. ...; @: z( g" |# t; Y2 m
  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;">3 R8 j* r3 M" Z7 J& k
  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" \
    9 c' }/ i9 q( ~% Y+ {: S
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    5 @4 c  A/ v: i# t0 d7 r) g
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ; z- k; v+ p! w) s7 Y
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    $ W. M+ m) z3 @8 R3 f
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"5 H3 E8 x; h3 C& G# m: m" F
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"- N6 s) K1 ?& E) A1 p
  7.     printf("preparing header\n");& _; I/ U! {. s: @- W; J
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    5 q6 o+ q: z, C4 }; R4 _' ?1 M
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    ) p1 k. O1 a2 \- j1 [& O, [+ C
  10.             STD_HEADER \
    . v, h4 H, I' r- m
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 @% R% s" N2 |2 Y# I) t
  12.             "\r\n" \
    " ]2 O) f# y  C4 e, w
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; @6 b0 Q& y2 k: \& y
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; J# j, s- J: ?0 }0 f4 l
  15.     {5 Y* r5 ?( v2 k& j1 K
  16.         free(frame);; K  i; R& Y# [- i6 t* }/ ~
  17.         return;
    ' r0 g: {) z5 {! f# Y; s
  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" \
    5 R* m! S" ?' `' j0 a7 {
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    $ B( T& P" c- h; ^
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \# R# v( ~9 c. A3 X! x! Y* n
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);2 y- d  `9 L# h* I% Q! X! z
  5.         printf("sending intemdiate header\n");. T( z+ s+ O9 u; h2 ]
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)0 K" Q# u$ H  m: N! _% v0 N
  7.             break;
    ; f; \  [* ~: |
  8.         printf("sending frame\n");
    , b9 K# H' f2 q- \
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)8 a* j$ |9 `0 C0 x, m4 g; e4 q4 w" k
  10.             break;, s0 J: Z/ n1 k1 K$ n/ x( `- F4 v
  11.         printf("sending boundary\n");* c3 N% N: E' }6 E. q+ R. s
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ {+ h5 T" M: e. K, E
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)$ f1 y0 I7 u9 r
  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。


0 `2 @& h7 E9 d3 n8 ?* {

. q1 w- \* D2 s; q" i: I
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
: g4 z) R* _& z6 |1 J
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port). `, ?% H# d2 g% z# X4 E' e' {
  2. {
    . r/ W- x7 }% A/ I" g" w+ k
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    # ?. H5 V2 p. d  @
  4.     if(*socket_found == (~0))
    ! K. D# A; O# q1 X/ j$ {- D2 K
  5.     {
    ; u  A3 {# V& m9 Z! R
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    2 K8 j/ T. R" ^4 V! Y5 n. m
  7.         return -1;9 u$ `' I& m, E, h
  8.     }8 ^, ]4 ?: k; |  j7 H
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    . L: v( m$ y; T8 R' J2 V
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);. F8 F. e4 |5 f
  11.     addr->sin_port = htons(port);& {5 w6 N7 B$ W- B5 h$ a
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);5 h* e) R8 _; u
  13.     return 0;
    ' n3 s: I. Q- k! E5 y( w
  14. }
复制代码

- H' Q, U7 M0 i  X. E  ]4 @4 n6 y) ?8 A
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:
$ U. ~6 w+ c6 z8 c4 v3 `
) N0 y9 H& i. a2 w9 j- y, f! N& O. o+ R
  1. while(fend > 0)0 b' _3 c$ w# H: I
  2. {+ Z6 o  E& E  P
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));, d& k# |4 i7 ~; X" \
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);$ p" P0 D# ]7 c1 q
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    $ w" v7 W8 w# E: `, n5 ?0 a5 P" Z
  6. {
    . M; S7 p5 j% K3 x* Y
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;1 @! O6 L! T" h4 g
  8. picture.fin = 0;
    " ?- B' g! O0 M5 L9 x
  9. }
    0 k% `% M+ z0 N7 F# o
  10. else
    : _: l3 B* y- S" c2 t/ Z6 z6 J
  11. {
    4 V( l$ P$ F7 l2 p0 f
  12. picture.length = fend;
    . [7 y8 w: ]; L( t# [/ c1 i' U
  13. picture.fin = 1;
    4 @6 r/ ]. u  k* E( Q
  14. }
    " P! C& N5 _& F) j
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      Y5 b) j0 a. H' y
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    0 Q; @, y3 ~, Y
  17. if(sendbytes == -1)5 ?. G) c' L1 L+ Z; X# p: e" u4 ]
  18. {4 o+ N4 s8 q  I
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 ~  i) I/ z& j( y3 U! L1 p
  20. return -1;
    + [# Q. o- I' u
  21. }
    1 ~: T0 P( m) w5 G+ g  l0 I
  22. else
    3 j7 J4 R0 R2 u
  23. {
    + E+ s. P& S( ]2 S
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;8 B: Z. |3 J8 e; Q
  25. }2 z! H* o+ x& o# b: @4 A
  26. }
复制代码

' _5 r6 K# N/ ^+ ^% M
" ~$ [: i; R" q4 S- g: Q; w

' k5 ~0 Q7 j8 w: y6 t1 B% Q$ l" Z" A
  H0 n3 E$ s$ z( L0 a/ z
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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