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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 ( b1 \" A" l) I; X: z

! D& \) ~3 W5 b% [/ E& A/ u


; B$ E2 a+ U$ r- F9 F

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
! M& e- }) J- a) ~+ S. M
; j# k5 N; W4 h. d$ I

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。

+ s  E  p1 A( F* a

# U9 I/ h$ f1 Y5 W/ Z  ?9 D

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$ w9 G3 t* ]- r0 O* O1 d, E

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。


. s0 |( W- @/ [1 |8 N一、HTTP网页服务器
" {+ b- y! \$ `" Z3 i0 d

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 B" D7 A" r6 ]% k
  2. {
    : B) i/ \+ L1 \1 C4 D
  3.     struct sockaddr_in servaddr;" x: e2 ?0 T" z! c6 n; B9 y
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    . g3 o& m! O+ g9 s; y+ Y
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    3 ?2 Y; E! W# \1 A. u
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    7 m9 r9 z0 R9 Y& d2 H6 O
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 y  r% v, o, k0 W& q
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);3 @" _! ?) w6 P9 B) {
  9.     int ret;2 f5 Q' z9 |' G+ b
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % v2 v. K/ u5 C5 S- x
  11.         {
    & r0 X0 C# i; t5 w* [
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);' M2 m3 V- w( B/ V9 ~
  13.             return -1;
    0 E4 _" U( r0 o2 U3 ?6 M8 H# t
  14.         }
    2 W% @  i. J2 [3 v1 v' F
  15.     int on = 1;
    - O0 u* `6 }7 l( [9 h
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 B6 Y4 q+ v7 R% t. O* [
  17.     {
    : Y- A  L$ F. H: u4 Z
  18.         printf("setsockopt error\n");
    / q4 H! l1 X3 s
  19.     }
    8 D1 J& J; Z: u! L; i" j
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);3 W' o- M1 f6 w! \$ {! i. w
  21.     if(ret == -1): _+ l( C% S0 R9 K% M) y
  22.     {& m9 e1 e5 H% x5 G
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 M# \5 r( F1 o$ S+ a9 ^) o% C
  24.             return -1;
    8 |& P1 n: v2 |
  25.     }
    7 |: [$ `1 v6 L0 f
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)" m* Y" {/ @) J$ G
  27.     {
    0 n4 k4 J+ d+ P3 z
  28.             printf("Listen failed!\n");; t" P" Z6 ^: m* Z
  29.             return -1;
    / b- {  X6 P; }
  30.     }
    0 L! w& g7 L0 g! @4 m' B' {
  31.     return 0;
    $ y0 l7 }7 r7 }9 Y$ c
  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 J. h# p8 Z, i& s0 @" s2 m
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    , Z- @- O9 {  v" ]  B
  3. {; J* [! G3 z+ F/ Z; l' Q2 r# \* a
  4. 。。。
    0 ?- H7 d* p* V) s
  5. while(1)
    # ]' l8 F; Y! J
  6. {4 r! G' ^4 t+ v' E- N" n9 j9 D4 a, n
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    5 x) A; k5 M4 t/ @! s
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    , V7 C4 d" \0 _/ V- i: r- t) z
  9.     。。。
    7 v% e6 {' [9 i8 Q9 A- L" f
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ }+ E. ?- T& Q
  11. }
    7 M) F+ o6 R4 n. r8 s3 z
  12. 。。。% ]' O" Q- s/ Y- ]/ M
  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);3 Z1 u  Z3 o. {( ?2 h' P+ s
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    3 L0 q: H$ f0 |& w
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    4 z5 F4 f( ~/ z( _8 i
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    , _8 V; ]9 h" z6 X: h
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    ; Y, T: H& D! j9 J+ ], e
  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;5 O1 u* H: G% D5 T
  2. pthread_cond_t pct;4 X7 h4 t4 R, U# i+ h0 S2 [) L! p1 a0 L
  3. int main(int argc, char* argv[])
    * g- X4 H6 q" q' z$ k+ l8 o
  4. {1 ^0 B( M( A; B- x, j/ w8 y9 ^
  5. ...$ X5 R- O* ]& W$ U7 }( o& S% A( j
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    % I! I+ f( d0 Z
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);" z* N' `% Q2 \# M
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    5 m9 O% x% {8 z' T( L
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    : m: W/ \  j9 O
  10. ...
    - o# o  \) i# \# j
  11.     while(1)
    % |# e" ?4 m( I  h
  12.     {
    - v! b7 b( G$ t6 I. s
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);  I' m2 F6 }3 q5 `) i+ \3 C
  14. ...
    1 D& }- {& A1 w9 v$ Z% F2 Y
  15.     }5 ~% p, c8 s) M* h3 Y
  16. ...
    ; t/ b( ?7 G. O1 z, c
  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;">
      z( l) M4 Y; ^; K) H/ ]
  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" \3 s' i; d  p/ A
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \0 G2 w. ]9 E% _# H, ?
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \  D. V* D" L* o& y" Z$ i
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    7 Y+ V% }; m- T" ^4 u, z- i
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"* [& ?/ |% b% k& M& k
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    . R! ]- }$ P/ O: t2 P) }+ s6 c8 F+ K
  7.     printf("preparing header\n");* {7 U' Q: _3 W+ G. \3 @) `) u; B
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \# [# b, E% Z& u' o/ o: ?* P
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \/ o7 T1 B' n" u
  10.             STD_HEADER \
      n( w3 R5 W) G5 `$ j/ @. r' q
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \' |/ v$ R4 ^: h4 v1 g# |
  12.             "\r\n" \# t, L* a& m+ J% b2 l
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 l7 \6 D9 x& G3 y+ `
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 Q1 ^& L) O2 q4 W; ^
  15.     {+ J8 `" ?2 y, T8 L
  16.         free(frame);6 `& j( `) a- C! L& n1 o7 K* q
  17.         return;
    8 Y* i; G' q' z& v& A4 G+ a
  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" \/ R4 Y$ u3 O2 v, h+ {
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    " X4 c+ R! ^9 c7 E6 ^. }
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \( f2 I' y3 e7 @/ Z0 }% X$ B
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    - R1 a  C, s2 l
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ' P: S) W- H6 K5 [
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' }. ~& E) n' ^
  7.             break;7 b% @" \7 A# x  Z5 y
  8.         printf("sending frame\n");, p* u% ~9 P/ S6 v! l2 E
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0); j6 A' s+ [1 v: q& T6 q. M/ [) |
  10.             break;' Q. l* Z3 A' ~& O
  11.         printf("sending boundary\n");
    9 R9 W1 S) A# \/ A( Q* H
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");8 b- g7 n# u0 h
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)' Y5 l- p7 T; a9 g6 l7 N, j& D
  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。

# Q# E& L& L! t# ^. C( u! ]7 G


2 A( K, G" T. n9 E# }; D% a二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:4 U, S8 b  y2 S* a  e7 Y1 b
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)$ N$ A. v* M& e/ f
  2. {
    . J7 |) I- Q4 ~: p, G
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);. |# ]0 o% P; C8 h
  4.     if(*socket_found == (~0))* @9 C% l* _% `: I/ O! M8 v
  5.     {9 \4 X, _) n8 h8 A
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    # R9 k( B$ I* R; h& P3 ?/ ~% u8 |- t
  7.         return -1;
    # G+ Y- O- i+ C. N" {
  8.     }
    2 c, k/ I( W! s
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    2 H; l9 R, u% G5 s; f% }
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);  K. G4 Z/ c1 f8 e% @
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; t* `! T! L# B0 F" T6 Q8 X
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 N" S2 N$ H# }
  13.     return 0;
    1 P/ i5 g" d9 d
  14. }
复制代码

/ y3 \, S2 c4 v! g5 u
/ w! Z# C! `% j3 j' i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:1 Z: |. J4 a/ |: n2 [6 i

/ s( E, |: i6 ^' S. ]. U8 d3 q( R  [6 ~8 ]
  1. while(fend > 0)
    . k( O: r/ H/ q6 m
  2. {: _! @5 D* x$ x- o/ d) l6 t
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    6 k0 E) S) `  \' p
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);7 `/ T: |, X8 V! |0 ^6 Y7 C* m
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)2 J1 v; _" F2 M  I1 s: e
  6. {7 L6 n# c5 _9 f+ U0 n
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    ' D+ S( u. C" X  \1 U8 P
  8. picture.fin = 0;3 b* Z, `2 _; J0 m! C$ @
  9. }) G7 B% \- m3 k. D& U% |
  10. else
    + c! }1 y5 s7 }% `9 d$ Y
  11. {: G& Z3 ?. E1 e
  12. picture.length = fend;- y; c, J2 t) @2 [# l
  13. picture.fin = 1;
    4 _7 t7 X6 t8 B9 p" z/ Y- [
  14. }
    $ j  L: D) p( t3 H7 F' C/ [4 [0 y
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);1 ]/ W' s3 D9 f5 @' e
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);8 S( m- _# x8 Y' r
  17. if(sendbytes == -1)/ P$ Q+ ^+ m" w
  18. {
    2 l6 w; C- G; o
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");) v! |! @+ x  I* m. e' z% M
  20. return -1;
    1 n1 H, N% [: W5 O
  21. }% ^8 T/ y6 W. \+ n
  22. else
    ! Q) F$ P6 i: @  E
  23. {* i7 X) k; j0 n& L5 C
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;# R' m, Y1 J6 J/ b8 _' p: I: ~
  25. }* V, O# M  p; f; C. j0 X5 k( I
  26. }
复制代码

, e8 o  ?" h; r7 T0 Z- L/ D! m( u  C

3 F$ Q$ Q! x; u, p* ]; i. O
2 [8 y$ K7 T3 [  p
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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