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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
1 |" c+ V5 I+ a! }7 _
0 }0 c9 H( O4 F$ O8 ~; D/ t- {5 I  L


( r6 c" c# l, G

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
+ @% `* Y+ \7 k, P2 O8 r$ e
, C( ^3 j& B/ m! i5 ]0 T4 O

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。

: M. U! m& l5 N  V4 E

& \' \7 C) @% B: c

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。

    + n- x7 v+ c* ^6 X: L+ 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。


5 _5 _2 t' @) Z1 \* N一、HTTP网页服务器
( N: e. M. p) Y7 p5 E

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)4 Q; g% O! Y8 y4 R
  2. {  n; f" K0 x; R6 d3 C4 [
  3.     struct sockaddr_in servaddr;& A5 ~& c# `. j3 h& D; p* a. b
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    5 W# s# [4 ~5 e" Z# s9 Q
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    * @1 y, V! _/ ]
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    * h- x! D. U/ b7 T) D5 T
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);/ ]* F& E; j6 c( o" U  A# W' ^
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);; B. H$ q( i& D) T. v& i
  9.     int ret;
    2 z1 ~+ D1 u0 L$ r9 t& @
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)% \! f6 N# M. |8 G+ }$ B
  11.         {1 f/ a/ Z- A! U# b" O) r
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);$ y. a& |- _" A7 u0 h
  13.             return -1;) b& q2 a. f4 k3 _
  14.         }9 t1 }' `9 g4 A% W) ^. t% p* a6 P7 e
  15.     int on = 1;9 X! U- z0 I, N% W. {
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)8 c. e, L8 a3 W& q; v
  17.     {
    5 I- S* {& A, q0 }
  18.         printf("setsockopt error\n");
    0 ~8 h3 k" ~4 ^
  19.     }
    4 x/ E, @7 Q! c
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);  A5 d5 O0 Y) H- ]
  21.     if(ret == -1)0 H! y; \/ M; l4 Q6 g7 X
  22.     {7 F& O: I9 s' x6 V4 u" ]$ J
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");  u- @$ ~3 P5 B; j
  24.             return -1;/ m  T' A' |( C% C3 K
  25.     }
    8 J) ^4 V/ w; T* `" A! Q6 U
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)3 @. w# A% A4 G$ q+ G5 {+ u
  27.     {
    / N9 x$ h+ y4 ~0 a7 y
  28.             printf("Listen failed!\n");
    0 y4 y- d( ~8 h  q, b
  29.             return -1;
    + ]- B" n/ r& h  u: \4 _9 `7 W* u
  30.     }
    - y* U% e; q5 Z5 I/ {
  31.     return 0;" C1 g5 A  l/ a- x. X9 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);
    / C/ V; x. x+ j
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)) x( n4 B, i* H/ [' Y! i3 O
  3. {
    + |" I  \+ [- g$ |, S
  4. 。。。( P+ V8 s7 Z+ P1 ]
  5. while(1); s& w8 `# ~1 _* _% f6 v
  6. {  C/ `( n8 T* m+ }* l
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    6 d3 {$ p* ^/ d6 C5 W
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");: T' J& o! x' N% L& W. {6 r+ }
  9.     。。。2 X9 v+ I4 {1 B( p
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);! _7 L6 k% j4 Z
  11. }# X5 @; o$ q& N- r  v0 R) d5 ~. P
  12. 。。。
    5 {# b" z3 Y- D3 c
  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);. e# ~  d6 V0 w5 l( p
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;! v# m- p2 O/ [; |
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;* `! o( p/ T; N
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;# Z- |  T" ~6 o- e0 S6 ^
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);3 y/ r& e, }0 H4 g1 B1 c4 Y: ?
  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;4 n: t* b9 M0 `* h" |
  2. pthread_cond_t pct;# v5 y, \) P8 i. m
  3. int main(int argc, char* argv[])# ^0 {# N! ^4 G. O* s1 p
  4. {
    + a/ j- j' g  n9 u0 v9 S: ]
  5. ...- |' _  c/ R2 M3 S
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);7 u9 A9 t) Y  K* f" ^- q$ G1 R
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    0 T" t0 Y2 `1 ^& ]( U: `% f( t7 t
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    * H% x3 k" e, [7 J) D: O2 \
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    8 n4 [& X/ P+ R+ w: s# k8 c
  10. ...; R2 z, v  k9 r: Q8 y* m; o
  11.     while(1)
    4 _9 z' e3 d. S  \$ n
  12.     {
    & X6 Q! C3 ~# ^% i3 `6 B3 r
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);0 S+ R" ]& m* |# R7 ]2 x
  14. ..." G7 X- _4 w6 e
  15.     }& k; r& U! Z) F3 s8 g
  16. ...
    5 ?* `% {- t5 l
  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;">
    - {5 {0 l# l( f) M0 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" \
    & _, ~9 ^) @4 A) }, g) C4 u/ m5 Z% b
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \7 n0 q6 K1 ?2 z8 Q# \
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \3 \& C7 t. W. p+ m' P
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \7 Q1 e' Q$ R; R9 T# y7 G
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    2 e1 J  |: ~+ K. l+ m3 W
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    . f2 f1 N" z7 K
  7.     printf("preparing header\n");, G9 z/ X; ?  L) Z2 `% R
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \, r9 G" u& l! u* }( L
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    # f' t/ w4 z; l0 o$ f' O: |' b0 P
  10.             STD_HEADER \
    : j* f! n" u! F) }9 ^
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 G( k3 z( A! W
  12.             "\r\n" \* T% G' o* D4 J  |. \0 Z
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      z1 S3 h1 N% E1 I8 D
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)! q- Q- D' E, m/ [) ?
  15.     {0 |. a5 f7 x! x* {. s
  16.         free(frame);
    0 e% ]: `5 D6 y4 Y/ X$ |% J; c
  17.         return;, A8 _1 }: I5 x  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" \4 y" F( E+ {  g9 i; P
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \. F, s5 H8 x$ N; A0 Y; E
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \& E: @0 e; m6 c; ^! m7 T7 L
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);" ~, V# f  |) R( q+ u6 t' {) V# Y
  5.         printf("sending intemdiate header\n");- r8 a1 t8 w8 V- d4 S
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0), t$ H' Z3 L+ K% A6 S
  7.             break;
      t8 J, J0 A6 V# f7 D5 c9 M6 t
  8.         printf("sending frame\n");
    + Z, h; q9 h- _6 u0 _, @
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0); k* k# _/ I7 L8 U
  10.             break;
    + f! d% H* Y# ?, j% g3 n
  11.         printf("sending boundary\n");: c; @" d. J- J# F: V0 U; i- ?
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      \! _( R; y7 j0 B! R# i; j
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)! E! u1 h5 s* A; S1 p
  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。


3 t/ b6 T# b+ ^$ N  H


. n9 R5 L8 l5 @6 X0 n$ d: }二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:2 K& H0 Q9 B. I1 S9 ^  G% o$ Y# ?
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    9 w# n- ?& o; U6 V' T
  2. {, B( H7 B5 ]5 b$ g1 ^
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);% N! l. m/ s( c* r0 h- o9 N  C; K
  4.     if(*socket_found == (~0))
    / M& J9 n$ f/ ^; ~8 C2 K! |
  5.     {
    7 l6 {2 g8 z/ r2 W- z4 d
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    6 N. R6 `+ g9 Z- l6 R1 j# A
  7.         return -1;
    ) z& b! }  u2 t; y( k% k! D
  8.     }* P; R  {# f3 r. a: S9 d
  9.     addr->sin_family = AF_INET;& @/ f! j1 I: {
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);1 D# Z! @' J8 I3 F
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 S: R; \) _# X+ ~
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);. c/ c/ G: y. s
  13.     return 0;, Y0 |& u  `+ K" U  ?5 C
  14. }
复制代码

/ u% _! m7 e/ {) a/ G" Q1 P, u8 g9 G) \* E2 u( 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:, `2 M& @% u2 Y' o" w( p

6 ]( l2 d1 W+ l! Q7 Y
! T5 C, j* E0 Z
  1. while(fend > 0)* R4 ^/ z/ g) Y' I5 g, k
  2. {
    0 H7 h# ~' A1 t
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    # L6 ~) J7 P; h+ M& U
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    2 A1 X* K! C# @/ W' g/ N* A
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)2 u1 k% Z7 p$ R$ c
  6. {
    3 g0 {) x6 p4 h
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    ( s4 d: L  L# X# L7 j" c: F
  8. picture.fin = 0;
    4 W2 ~& ?2 s1 L( D  E5 R  [) g
  9. }
    ) j4 I) a, `! u; ]8 c
  10. else
    % k0 w" @2 ~( V6 Z0 K
  11. {! P# B* `6 Y# z& x0 a
  12. picture.length = fend;
    + d; D# L$ J& _& t+ v8 X
  13. picture.fin = 1;+ c) w. J  f6 v7 W" V
  14. }
    ( G  }& X) j& p  p
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 a  }+ N! ]0 a! W3 n  _- q
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    8 H7 D& A! A! Q2 J
  17. if(sendbytes == -1). `5 W5 b7 _3 z) d7 n
  18. {
    ; Z3 E3 ?" C/ T& s+ ~( Q
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 Q2 a6 n: D4 T6 l6 z; @% Q* P
  20. return -1;
    7 m: E4 j: D3 o6 r' D  M# @* W, I
  21. }
    9 J) H, j' o3 B- ^
  22. else; D3 q# V4 d% p" i/ T1 d
  23. {
    6 I; X" x' n, Z) X
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 X; |" E8 {( y# T
  25. }( s1 \' l0 p. [5 N% v
  26. }
复制代码
- \( Y7 b( j& G+ ~" m3 a4 S+ Q
  o6 x0 ]' c5 V; s: R2 G! i, H6 f


+ i" q/ v& Z0 _- _9 h$ |4 y+ O7 d7 }0 M- F8 F8 d1 N
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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