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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
8 b/ ^/ ?3 c+ @4 E( w$ a4 T2 H7 j' b, X) ^2 A

9 x* |) V& u2 Y

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
6 K0 l9 W; p& [  E" H$ i& Y' W% }" f) s* |

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。

2 A0 _; `: C0 q1 r5 [2 e

6 \% M" D- e( o, x! [% J, Y

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。


    # [2 A1 U+ \: J! i- t1 m% I

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。

# W0 Y" f: l2 a) d1 }
一、HTTP网页服务器2 e- A+ V% Z( A9 }4 [; O5 w5 l- |6 F- ~1 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)! s( O7 C# z* o: P
  2. {1 H# m' S! A" t9 j" p0 K. y
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    / _$ x9 Z: \* X( h( q$ c
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);9 h8 Y8 B% E) D5 Y) F9 k, `3 Z
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));9 M6 Y% z+ ^4 l5 E; V
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;4 e, S  J, \' k9 _+ u  J% _
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);% U9 ^2 n- I5 n4 h
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);- o, y9 R1 A" _9 `  `" `" M- b
  9.     int ret;
    4 _9 r  U; S, K2 W4 h2 m% A% Y
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - A7 Z% ]  Y4 F) X2 \
  11.         {3 ^& [6 l% x8 U5 f
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);" i: f& E# @9 t. c$ X( F
  13.             return -1;2 X5 ^/ C6 Z) n6 ^( P' u, z; O
  14.         }
    . h1 Y- H6 P7 m' Z$ F3 [0 q4 R
  15.     int on = 1;5 k0 P( D! Q! e! V/ k
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 V, d  L" L# R! r: R
  17.     {3 L$ L3 k( s; q$ n
  18.         printf("setsockopt error\n");
    : b; k* w, e( W+ E& J/ i" s3 f
  19.     }
    * l0 q# F9 I: H0 p- M
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    0 Z* O- ^7 c% @% A+ C
  21.     if(ret == -1)
    " e0 u7 J7 E" b0 t" l) p- K
  22.     {, f, s. G) S) w8 Q; J4 J. O
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");6 a0 ~4 r$ m% G' ^: ^7 |) M) W$ m# U
  24.             return -1;
    : x8 W7 \; S" l/ d" s- `3 t
  25.     }; t+ n1 w7 Z, Z5 q3 u4 f
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : |% P6 u6 t( I1 H$ |
  27.     {( C3 h! E$ {0 m, P# d) E" U
  28.             printf("Listen failed!\n");, W% L5 }/ k& y, _$ D, e
  29.             return -1;
    5 S4 s5 `6 Q3 T9 T3 p0 l
  30.     }1 O8 W0 G: h- c% I! W0 h
  31.     return 0;
    1 C/ S  |5 T, v" [
  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);7 |! h1 }  S& |
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    * }) M; ?( S6 a. |' y0 b& ^5 E
  3. {; L0 L5 u+ ^$ B7 b) g8 I
  4. 。。。' J5 L5 v; g4 p: ?0 T+ u5 @
  5. while(1)  G0 l  c/ ~% E7 D* e
  6. {
    " N8 K, k/ m( C$ j5 b
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    1 E5 A: e8 u! ?# _9 D6 `
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    8 J0 h2 J+ W2 b' P$ `
  9.     。。。8 M" o; H" v4 i9 n
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + u. R9 ~+ P) z5 r- L0 a+ `" ?" H3 k# _
  11. }
    $ O6 ~3 j; T) ?
  12. 。。。
    5 v& c% z- D; G2 A/ O
  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);0 r7 T8 u0 C, j: F9 R+ z8 U' ^
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    & p+ T8 Q. I  h) I8 E4 o- b. I
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
      i) b. h7 j" [& U4 D
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    # ^7 c9 x! v+ ?! v
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    $ K2 u! F& J  H, C! L
  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;
    ) r8 P6 [' S2 }5 b# S, V9 h
  2. pthread_cond_t pct;% X5 c6 C( f" n( r
  3. int main(int argc, char* argv[])
    0 k9 S, d$ D9 r# C3 q
  4. {
    ; Q) _7 G6 c; _' k
  5. ...
      T1 q4 K' F! A$ _0 x
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);" P# }  s1 [, F5 Z* V- L0 S
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    1 c# o4 @' A2 |
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    * w, a1 h" C% O, K2 s, j- c1 }
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);' c1 t2 B; }) Y: G$ b# A
  10. ...
    8 [2 S6 r* I: e+ {' v# y; T' b
  11.     while(1)
      y) H" @8 V# s4 W5 h
  12.     {% s% M9 U6 `+ R: n; ?
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . o2 @/ q) X2 i" L' J2 ]/ W
  14. ...
    ) q8 @) j( i- j: H( q
  15.     }) m5 k* Q3 s! J3 h8 l
  16. ...1 b- C3 n- C( D) g4 M! h5 @0 G
  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;">
    $ A4 c3 |* h/ E8 X
  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" \
    ' l' R. G' v9 K' r
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \6 Y, V& m8 G. `* b9 _7 R+ `) d) |
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    4 R* e2 r; o- L5 j' g
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    : f' j; Y  j$ G6 N- t' B" Q+ y
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    + N) x% o8 ?! V7 E, v% |' q2 y/ B
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    1 r0 L. q3 O6 s6 b# x. X8 J. P2 E
  7.     printf("preparing header\n");
    - E0 J8 _5 j) K2 X: ^7 E
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    9 p2 \7 \% e4 |. D* _+ a9 [, R$ |
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \" ]" R  r5 ~! v, i( w4 @- v+ |
  10.             STD_HEADER \
    " K  f8 b3 j7 y4 a/ d" _! j
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , P# y7 g; e8 A
  12.             "\r\n" \
    ( }1 ?; R& H  P5 |- H, O# b/ c
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 z% t$ @  g3 z/ Z* i* z
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , h. I5 L& @, U
  15.     {( S* K- f+ ^1 l( [4 `
  16.         free(frame);
    ( p& e% n& j. j3 N) z' @5 R5 R8 ?
  17.         return;
    # b* J4 T1 ~% @9 p! e$ T# 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" \
    ; ?4 e+ c+ U8 m* j$ C
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    & V; U* j+ e6 U0 g
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    * K& q. V2 a: V& \0 [3 K8 I
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    , o+ }. x% W! _: X, H% N) C" h6 H
  5.         printf("sending intemdiate header\n");; i0 ?9 ?& t0 u+ B$ v  M
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)" r% W0 T. c* k3 i; I7 r* F
  7.             break;
    0 q2 F) V% Z# U6 M. h
  8.         printf("sending frame\n");
    / v6 n3 L. q6 a1 Q( |. O
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    ) `& E: U+ s7 o
  10.             break;& e7 U) q: Y! ~, A: m
  11.         printf("sending boundary\n");
    " Q. [4 Z/ u$ B) I
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");) p; f! }% T1 y8 e+ w
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : S( ^8 ^/ d* B6 h, @2 b3 o
  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。

9 ^# _9 ?8 W, L' h& x) x


- K/ t' X# ^1 w( j/ L二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
8 {/ ^6 i0 R6 W3 _' D
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    ; D/ Q. }$ q, Q7 n; Q1 J. ]
  2. {
    " a# y& l/ K4 k3 d1 O3 i) `' u
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    8 F& v( w2 e5 ]" x( @, V+ {. B
  4.     if(*socket_found == (~0))
    # g' G3 x) q. s& H$ [, J/ y+ ?
  5.     {2 S* A2 l. N; H1 _# ]
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    / V: M2 q1 d% O4 Y1 ]
  7.         return -1;
    " t- D, [1 h" {6 [) x
  8.     }
    6 w. O6 @5 T8 F3 |; p& M' g- N1 Y
  9.     addr->sin_family = AF_INET;/ u( b- e; O; a8 z% R
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 Q% k4 E; K& O4 ]# \8 w& |( V9 W
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    * X1 |+ _, j$ Z6 }7 f4 S# r& s
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 b/ a1 Z% C+ E" U1 _0 N0 f
  13.     return 0;
    $ R! k1 b' q3 b# ]. ?
  14. }
复制代码
, B# G6 G8 `6 c/ n

' G1 I2 F4 y$ c6 G/ 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:
0 ^# U4 L. Z! i- d& x6 k! j( w% U0 ]% Y

+ O+ d4 C2 u; `5 }
  1. while(fend > 0)
    : {6 b( f1 ?  E0 y
  2. {
    % C5 o  d) V' [& N; `. `+ N
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    9 c, S# R' N) a+ z9 u
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);1 N% O$ e% \' n1 q
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    8 S, ]" Q0 g1 _: L8 s6 H) u
  6. {  A& v9 B+ U- z  K# y  f9 D  X
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;5 _3 s$ Z' T' V: g7 g
  8. picture.fin = 0;
    # ^& L7 L0 ?# u$ [4 q7 h
  9. }! l# B. U2 w( G" r& L+ p6 l
  10. else; R& G) y; D( r1 j8 Y  q
  11. {+ v1 j8 H; {  H8 R
  12. picture.length = fend;
    # c4 X' U; F! l% @
  13. picture.fin = 1;& W8 S7 x% _& a) G  A3 x; p) I
  14. }
    3 X0 _& g  e' p$ U
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);5 m, [$ `6 E6 |8 @$ u
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    % r- T: N! H- Z! |5 U3 A/ k4 U( Z6 z
  17. if(sendbytes == -1)4 h3 |0 p' k8 w9 y* f
  18. {
    + j4 u  l9 r% H+ |" {
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - E( R: @) x8 P# b- k9 T
  20. return -1;' `' r# P. [: \% j& }' ~( M
  21. }
    7 b/ H. f; y# E# u
  22. else6 I1 @6 c' I3 Y+ r) \% z0 l
  23. {' n: i% l3 b/ q# K2 x
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / J$ s4 \( a0 r' P* x6 D6 q3 g0 U+ s
  25. }
    & w3 U+ _/ j2 [/ B% h3 ^. v
  26. }
复制代码
0 x& L. Q4 V+ W

& m9 Y6 V4 ^/ C1 s# p: G

  Z$ S" v2 c. f4 L

- d1 `" d: M' v8 N0 k  AiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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