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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
& M- w# x& [, s) R, i7 R/ R6 a3 k( j! Z4 s


, C$ g, ?" I  J: a

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
0 Y0 {5 p2 q5 K* w4 @0 o
0 q3 e2 Y4 G; ]

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: ?. s6 F; R

- o+ C. W7 }3 T7 _; t

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。


    . M! g- t6 m2 N: T

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。

2 G0 ?3 h+ _& `
一、HTTP网页服务器- |3 C% |: E4 _# B5 }" g7 M! Y

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)
    ( |6 f2 u1 B# Q0 X% F1 ^1 t* A
  2. {
    # i, A( U+ r1 z1 F5 b, G. J
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    / h2 r) D/ `9 X
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    ; E* a% m8 N3 x& V
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    % c* x" n9 x& t4 l( w
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    " N' L8 p  w* T6 R% J
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % F9 e1 D1 ]4 C) X% X, b: o
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);% \1 J7 t5 J) N$ E1 c
  9.     int ret;0 P5 u0 b- g3 |# u
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1). U3 p( I  U5 E: z! l
  11.         {
    4 [  ~: `3 L& u# W
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : e- h4 T$ z% ^: s+ n3 |+ Y
  13.             return -1;
    0 f7 F* W# U+ y. z& }! z
  14.         }3 h9 r. W7 d. d: L
  15.     int on = 1;
    8 u9 Q; u# M& B( H* G1 b* V1 D
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)0 _* d( H( d5 _# c5 Q# f
  17.     {
    # N$ R. Z- [# z' Z
  18.         printf("setsockopt error\n");
    % L6 q5 T  E* G8 P* L  T" h
  19.     }
    0 M+ d+ u2 b4 X) N* A1 {: n! r. C& m
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);/ P6 H4 t$ f8 e/ J
  21.     if(ret == -1)3 @, C8 L: K: B% I
  22.     {
    ' }  K3 r) h5 v3 \8 c/ S+ b$ V
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");- k  ]4 [; e4 \. W
  24.             return -1;) y0 M3 m7 J9 T3 A, g
  25.     }
    & ]: G, ~% s! u; ~. J! a2 K5 D
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + z: }$ o, G1 k+ g
  27.     {  i* S$ j- ~& |# n: O  E! A
  28.             printf("Listen failed!\n");5 V4 E+ a) ~* w3 m3 P! d
  29.             return -1;/ X) l7 Z2 w# E
  30.     }
    1 v+ U5 {1 F9 b8 |! P4 o+ }& d
  31.     return 0;2 M5 C) `- s( j% ?/ x/ q7 D
  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);/ Z2 w3 K" }. ]1 V% h  ?- G
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    7 x, s5 X+ r) V0 Q" D8 @7 K( ?4 @( H
  3. {  X7 `" X" u$ \* L  u
  4. 。。。4 z9 `+ \* C- S! s+ @
  5. while(1)% f7 y: Y/ s. ]$ S; S
  6. {
    ! F' f* g! A  W3 ~/ i0 B! _/ [( M2 Y
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
    - u( x4 H+ e8 N% U! o! o* l4 U9 N
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    % F1 c$ o1 e% [2 D* ^6 W
  9.     。。。$ G% Y$ Q# y. v# P, [- s0 C% ]
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);4 g1 w' J2 Z5 N& B) E. E4 q/ d% K
  11. }( j% f2 k" `% T* V
  12. 。。。& z1 z0 b- b( X+ \; i( ?% 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);/ g; I3 @  x. p, ]7 K  U
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;( M& `1 y! M3 ?! c- I( t( ^
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;% w4 }! Z6 f3 u
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;$ [0 y; v& U, P" k4 U* y( E% Z
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    # @' Y$ j. @3 i1 u" O
  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;- r, o1 b5 |( {5 o' F  u
  2. pthread_cond_t pct;2 f8 ?* t: ~7 R' I4 t  y
  3. int main(int argc, char* argv[])+ u6 `% z( V2 a( `) E& U9 o
  4. {6 G" V% n0 N% s! _2 [- E* L
  5. ...
    1 s- S- `8 [$ i5 N7 t: ?& ^2 ]
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    1 I1 Z0 R: a5 z1 O4 W4 U
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);5 k: S9 {/ Z( l; y5 u/ M5 |
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    5 O7 M0 \) D2 A$ y! X7 H
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);/ W& k6 W  d6 ]7 r
  10. ...% t- b% d5 U- Y" D7 ^# v& _
  11.     while(1)
    . Z# \0 }" h9 Q/ C* R: J
  12.     {
    * {# _5 \5 ?, @
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : \( p6 F/ [9 ]7 e
  14. ...
    1 `; T7 [4 a+ j
  15.     }
    9 U- [, A& l. b
  16. ...
    6 [% r8 z- a' 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;">
    ' n( W, z0 E- I/ C" E8 c6 u( y8 V
  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" \# u7 u+ r% g. J, Z, C. q+ p( Y7 f+ E
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    1 a; H! [6 {# i
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ' I1 d9 J8 i0 T  m6 l, K
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    6 ^" `& {0 K1 X, ~5 E" v: c2 }
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    ! ]* T, P; @3 ~: a9 m. I
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    1 G# a, P! V! ~: h8 c  c
  7.     printf("preparing header\n");. O8 w/ ^1 w6 t- Z! X# _5 H; Q
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    9 u# `' L% r; u( s8 G9 A/ ]. `
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    2 q0 l% m2 B# j2 H* d" y1 J9 L9 e* Q
  10.             STD_HEADER \
    8 S1 I3 J7 ~4 X: H$ l
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \* [! t% x1 z' w0 a0 s' L
  12.             "\r\n" \
    3 L/ Q2 y9 Q3 M/ Q3 E
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! ?0 m7 I! X8 }" p; e* G; ~6 Y1 K
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 X/ g/ w/ L1 X$ L8 j) H) t
  15.     {
    8 n( ^6 r' I' [; ^
  16.         free(frame);
    5 [# U/ a0 }. g2 u
  17.         return;  j! R  d* M5 c7 E7 Q$ X
  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" \1 j6 l5 T; d- e( @* D; s# e" V: G4 v2 n. O
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \8 Q# g+ j7 P- g* B# t! p1 u
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    # v# j! I( A7 L0 f
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);/ k7 p9 |0 J% G
  5.         printf("sending intemdiate header\n");  a. F/ f$ C0 {
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)5 `' X( r2 O0 ?( K/ E, n; }
  7.             break;# I; }. M* n  q# u
  8.         printf("sending frame\n");
    5 b8 {- [4 R( z# s; \4 j
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    " F; O  q: H  \" K7 ~' r
  10.             break;
    ; |) v  H& x  ~% D9 s
  11.         printf("sending boundary\n");/ w9 p; H7 u8 [- ~( {) Y; P& e# c
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . j7 P7 o& w- ]& d3 g  k
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 [( _# C# X$ v: l$ W8 ~, h/ H" ?
  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。

( d& q1 n' L- e

8 H  w* L0 ?2 d  y9 K
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:' j+ h( \' y5 a( {
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    # M0 k2 Y8 u' A0 I% i
  2. {
    / L, Q- y* w" @+ L( F5 a
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    0 {% ?- c1 v* f! V: r+ L
  4.     if(*socket_found == (~0))
    6 u8 B8 m* Q' C1 j
  5.     {- ~/ J0 \" a# |. L5 A( Y  I
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    8 X6 P5 D! s  z8 ?  K2 L. C+ U
  7.         return -1;
    0 d) P' u; j. R# g+ s- }& j1 U$ t
  8.     }
    ' b% E6 D% b& i
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    ; o. Q; A2 e. d/ ?" r
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);3 b; W* _/ |; z
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 H  w2 E' H# D" @# K! d: }8 }
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , G9 b: s# r+ c+ j
  13.     return 0;7 L) L3 p$ M) H' D: B
  14. }
复制代码

/ Q: B+ z" i/ E- ^( Q6 K% U. x0 J
+ x: u- |* m3 R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 d  N; T6 T' h3 m, P# d; ]+ _3 n4 E
' h. R7 a4 x% Q7 J. V8 J3 D: S* Z
  1. while(fend > 0)" \2 o0 i: S9 l- @5 G: D& ]
  2. {
    - e' ^, O6 N( S- Q0 k
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));3 Y( z  }  l6 z1 w: x
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    4 q* P# F: H) a! L
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)9 E5 L( B) q9 z, u
  6. {
    . r6 r- ]; E  w7 f; T! o
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    % h  ?' }4 J  ?9 O! \7 i% q
  8. picture.fin = 0;; D# S) E. }0 w) g: Y* p: D
  9. }
    * J# L7 M+ @2 I) s' P% q1 e) L
  10. else
    0 U, l: h' w' _5 n- }9 R
  11. {- e! i/ n! d' A7 F# J4 }( k( ?
  12. picture.length = fend;
    . S" b7 j  X8 y  L  Z9 [- j
  13. picture.fin = 1;
    ( l3 p% d$ x& ~- I4 b/ X% `, P
  14. }
    & _9 z$ y3 I% G5 N
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : ?& _1 K. R& d
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);# u. L" x$ j- h0 D# M; a
  17. if(sendbytes == -1)# \4 X( n2 W7 O- F
  18. {
    , X  v$ U+ `, n+ z/ d9 Q0 ?; m9 ^7 Z
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");  r5 a, v+ W" T/ Y; g
  20. return -1;
    4 W+ l" B' G1 o4 C' R9 S
  21. }
    ! |/ Y# D: P) x
  22. else
    ! R  }2 d5 q# k: `! q# [
  23. {1 M( d& E+ C) r$ o4 A3 W2 @. t
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 W" w( i5 _$ V; v9 s* V9 {
  25. }
    7 J! s. l& l( a
  26. }
复制代码

: b, {4 K: W7 n
0 m. W9 a' t4 q; E

0 m& c  x8 J9 \: p, a! i  E
! y! ^9 q7 ~) R1 G" B
iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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