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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
2 t( v) L, G4 m3 ]9 ~. I3 Y* Q  h
) z3 p2 o* A( |# r+ w* f" o

( h! q) w- K1 P- I9 ], @

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.html5 ?& h/ |0 k/ W& k* R. Z- i& |

" k+ S  ~( }# g; ]$ S) d  W2 }! \

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。

( t% L$ Y" R7 c$ M$ f% a2 j


" M1 _+ \. l8 U5 H# t+ @# u6 ~. C* N

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。

    % T9 B7 z4 I0 k  ], ^; r, l: 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。


. Y0 J8 ^' x- x一、HTTP网页服务器6 C. y. z) a; B$ ~6 f

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 ^' `$ J8 O3 p. V* o0 E
  2. {# H5 l, p, h; f5 @! e
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    2 P9 U, N; [- ^6 Q, z8 Z# {
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
      ~# R( g; }: \: M" l8 e
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));" f% B" a2 X( c  N% T
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    # h8 f4 I9 [/ Y& d* z; v. W. Y
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);1 N& |; z% p/ n' b( C
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    , Q7 n7 V* h2 f( y, ?& k* x) L
  9.     int ret;
    + D( y) n: ?; H. \9 j8 D
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    * X" c6 b' k% i. I8 w# [
  11.         {
    + s7 g' ~5 J$ P4 V) {/ Q
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    % ?  d, H; V' a! ~4 Z! \3 q
  13.             return -1;5 h5 w2 _6 Z6 i
  14.         }
    ' Q; \2 o- M( P5 d0 S  T/ w
  15.     int on = 1;
    - k: d- D% {7 ^* m- @
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)5 S" t9 D- u9 Y; y6 T: _, ^
  17.     {/ J( {0 H; _+ n* I9 k' ]
  18.         printf("setsockopt error\n");) l5 m6 U( n  ~# ~5 w
  19.     }" c$ G9 x! Z) [" d% @6 L/ I
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 h# ~" w, w6 v
  21.     if(ret == -1)
    4 {6 H8 f; [: `
  22.     {1 e7 X$ d  L& K' f! U# A- G4 C5 S+ d
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");# V7 h1 C. E7 {2 {, {
  24.             return -1;
    . r. F$ W: ~0 D
  25.     }5 `  f  Y! j( N7 Y) O
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)( T. U1 R" l1 a, ?7 W2 i, T
  27.     {1 X9 [$ s6 S' A8 b! Q( ]
  28.             printf("Listen failed!\n");
    + E' {: P1 e  R
  29.             return -1;' i6 D8 A5 V9 W% j# l
  30.     }( d0 V- B* X$ n1 t, B7 v5 S
  31.     return 0;
    % e- N' o9 z4 P+ |0 S
  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);
    - H0 y8 _% p. S9 w
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    / L* E2 j1 ]* T  j$ t1 A
  3. {) l) X( |, u% g6 r; d, S) C
  4. 。。。
    7 S- }7 T( V: S3 V  `* ^7 y8 y
  5. while(1)4 k3 O" a5 \% P; i7 v' }# Y
  6. {  J' @+ L3 j. T. G# @
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
      e1 ]  K% s8 N; o
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");# l' N" q; E) y! X! l% N/ n6 r
  9.     。。。  @3 E) w; S% L$ G$ r& D3 T" ]
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; J; }% K0 e$ E3 N
  11. }- Y6 X/ w. u1 y* E! s% F; m2 i7 C
  12. 。。。
    ; j. {/ N( C0 E; W( n2 T
  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);& q! U- P; G0 Y& D$ |
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;7 z% g$ N  R" S! g! Q% H
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;6 Z+ ]1 m6 Z4 Q% R/ @, r! F* q9 F3 F% D
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    1 s; \3 ?7 B: t9 K) l8 y2 {" @
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    8 q$ @) o8 f6 z8 j& B" x
  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;
    ( J6 x; [% Y8 c. f$ T" B
  2. pthread_cond_t pct;& ]4 Z# c: q5 K2 [) Z$ ?
  3. int main(int argc, char* argv[])
    2 b! B) W$ k) S& s
  4. {$ {/ l5 o" \" X. v: S6 u& @- g& x' Y
  5. ...* q( u" T$ X; Y# z2 _+ I0 [$ ^
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);1 q* a: _& H/ p; P4 }
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);+ g* d9 @, q. M) F$ o! K
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);2 \$ e5 R) p, F4 f
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);; e+ v0 Z1 F* Z
  10. ...
    / i# v% `8 u% b7 x2 i
  11.     while(1)
    3 y- \6 {% W$ b! a6 l, P* J: s
  12.     {
    * J9 Y) a$ {, ?
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);. n6 X7 K% k; ]4 g: }, w  e1 @2 w  J
  14. ...
    8 G8 p" `; |1 C" K. e% l* Y5 L$ q2 ?
  15.     }  W, X& f& n- `
  16. ...
    : M  Q! B9 E: l4 `
  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;"># I; g/ _6 |9 _: ^- W# n" r
  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" \
    2 A6 ^! N7 q" K7 Q, d9 _
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \2 E* Y0 D# n3 g" H9 C& G
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \) t+ ^; C, T; y  K
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \0 b/ o8 w+ M+ Q! O
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"  a$ S6 d" \* \: s. z! Y
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"" i5 U2 _: p6 i. ^0 t
  7.     printf("preparing header\n");
    0 q" u6 @) Z! ]; E/ }
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    ( C* A" ?5 Z- n9 q
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \" Y  `6 T. y1 u2 K" p5 u
  10.             STD_HEADER \: r  y+ b& l5 j" f4 L8 P
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \8 I" S# Y' b- ^7 ~
  12.             "\r\n" \
    - m( l. m* {" s* F
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) a9 a$ p/ N0 ]
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - ^4 C+ k' x/ g) z& F7 u! G
  15.     {; I; d# o9 U' j  T; k
  16.         free(frame);2 b- r* _# L& r
  17.         return;+ I" n$ p9 }9 Z3 h2 p
  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" \) Z9 `% g1 \, T) O( w8 r! L1 [$ n
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    ; i6 n9 a1 L% {/ Q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    2 {- a) @2 ]7 |/ B3 K
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    + o% J% M" @7 @0 W
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    ; _+ g! |: v) U% W4 `% G
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0): J/ K9 C5 t! e# t, H8 B
  7.             break;
    3 m4 ~0 r3 s$ l/ o/ |$ T5 L
  8.         printf("sending frame\n");
    , J- I5 p3 I  r+ [+ `2 Y( L
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)' R# V! @9 U: I) N
  10.             break;
    + I8 L0 a2 P) U! H
  11.         printf("sending boundary\n");
    7 [: a% ^/ i8 Y9 k( I. t& I6 u+ G& _
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");' j. s( p; A, r6 @, C9 Z' d
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / D6 D2 u: o8 a3 ^0 n3 U
  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 N5 y4 `0 ?. I* E1 P# O4 J8 E


  N: g9 \& P8 n6 A/ F" f二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
* K# y& S% Z; s$ |  r9 C
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    ' _0 f: s; P( |5 P1 {4 P
  2. {  r* y/ E7 z/ P& K8 V) ]; E8 v; j# k
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);1 P$ Z* g' b8 s. ^
  4.     if(*socket_found == (~0))
    0 S' _' f  _: G: U6 B3 M; ?
  5.     {# m) l% h  J' J5 Q  K
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");; D. Q5 d8 j* p* r
  7.         return -1;  m5 Y4 T8 n4 h: R( o4 P' E
  8.     }7 L7 T7 F  l8 L( B+ R
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
      l# G- }) s$ W
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);6 h( u% d4 Y0 z4 e. Z- ]
  11.     addr->sin_port = htons(port);
    ! f" u( \( f* |$ \& H
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);1 W" x" U/ N$ A/ w- K. z5 O
  13.     return 0;
    1 o' z0 s9 `2 k0 f0 H
  14. }
复制代码
; }# o/ C; Q& ?$ c* Y) I
3 v0 _/ d' C" m
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:6 H) x7 N2 m1 e. P

+ n) F* a* V: e* T. j+ L3 x8 E8 Y% r5 _  w! P
  1. while(fend > 0)
    $ v* K# s. u0 Q6 o( ?
  2. {
    , {6 r! N. ]$ [4 y/ H  l, s) f% ?
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));6 ~8 p) j  c* x; t" j% d
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    + K- N) _, Z+ y; t: ], d
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)6 @* h% C$ g$ ~: B% S8 v
  6. {  R4 f& v7 d# L0 a, v; c( d
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    0 Q" n1 F  A" a$ ]+ n! Z. m5 U
  8. picture.fin = 0;
    9 `1 ~4 r/ Z: R# G" m  b7 \$ P3 V; y
  9. }
    7 h  j; J2 l" M
  10. else
    * n- b1 p# @( ~
  11. {
    0 y- {0 C1 W$ n$ d& }
  12. picture.length = fend;
    % Q5 b/ L( y8 n, y
  13. picture.fin = 1;/ @. K8 |: S. @9 `; n
  14. }: O) N" v  m2 ]' S8 h
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( }$ n/ b( x! j: [; E  `$ u- _
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    - B0 {5 E2 ^7 v
  17. if(sendbytes == -1)1 r% N1 S  N8 d  P8 H0 j
  18. {
      f& \+ \2 T' f1 s4 Y2 D( C1 K
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");4 V) _$ v, h; `" e
  20. return -1;6 s' B2 F$ O- @3 W. h- Q
  21. }8 f. {  O9 h  [# o4 R, X; ^
  22. else, ]* K$ q' q0 d( K% R
  23. {/ F) y) F- ]: m) U! k
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    7 {5 x3 Y) |" k+ T+ b  Y
  25. }
    4 r2 {! @5 H, R  |
  26. }
复制代码
$ i/ _" ~$ N/ R' X$ W

6 {$ {7 m/ \3 P/ W6 M% H& ~


- j& `9 L5 b! G- v4 m5 f6 Z. a' H
0 W) o% {5 [4 B/ d% a# @iMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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