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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
5 B4 [+ [; }- Z1 }( e) L' l% @. s8 I, w


! k7 R* \  M2 ]

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- I+ Q7 S- ]# \9 O0 E$ W

, M7 r3 A- ]! R4 r; D

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。


4 t: U5 z' x7 w+ @

2 X( Q5 {, u+ ]$ @

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。


    1 }5 L2 G! P( H  X/ l

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。


8 y; f; ^( D3 n& H一、HTTP网页服务器. L- g# g1 O& `6 w" s% R

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)% v6 w) G1 J, k' j
  2. {, M' ?$ x( h- P8 f  u" G$ _' K
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    % R3 R3 s! z+ [: e/ n. }! a' C
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    - a4 v- M' g0 W2 p" ?+ Q9 t' p. w
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));# l' }# W5 Z: z: i. U" P: W
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    5 W2 T( }! A' |" X# k) n9 E- G
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);& j* w) Y0 \+ f, k$ Y
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);( @  v- Q- M$ W, X1 ]- `- t
  9.     int ret;' ~8 j+ C8 W- d- H5 h; ?
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1), n' v9 N3 R% ]; J1 l9 e- m
  11.         {" _3 Z6 v% `% g. m9 Q" z. |1 e; g. R0 h
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . d( @6 D! X# m
  13.             return -1;7 w/ F1 e* l1 {; Z
  14.         }
    ) G; x7 C6 @9 `/ I
  15.     int on = 1;! _8 \$ y, j/ [
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0). c0 T3 I  @. w
  17.     {" M9 B2 ~' T8 P) b& n
  18.         printf("setsockopt error\n");& Y$ l- [/ N- c' [+ S& Q7 ~& F0 w
  19.     }; r+ m- S" o  C* ], Y# @
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);8 Z- Z; H! R8 u0 ?
  21.     if(ret == -1)
    5 L- F0 p- w! \/ b* n$ a: c
  22.     {4 k: w$ T$ \# P$ r4 w; E& i
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 B. U3 m! C9 V* E; z3 j! c
  24.             return -1;" @& s* u9 `2 D9 L, l1 v6 `! Z
  25.     }; c: ?6 f* `5 I# F
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; ^7 O/ o4 `/ |/ r& N
  27.     {
    9 p5 B+ ^8 _. K) Z2 i2 T
  28.             printf("Listen failed!\n");! J$ w# J' l8 T. ?5 E6 e
  29.             return -1;
    $ |  L( s# c2 C& ?  F; v6 I5 k5 m
  30.     }3 J% N( [; c4 d  p% v
  31.     return 0;
      r) y/ k  w9 T2 k/ U- N7 U) F
  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);% s( P! T1 N4 }, k0 a
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
    " G' _: j) O: F+ Y, @6 d( C
  3. {
    7 g/ c2 K2 H2 R5 {! Z" L% j5 Q2 q
  4. 。。。
    2 W  z/ f* J  [5 N5 g! p
  5. while(1)
    / P9 b: ~0 g$ v$ ?
  6. {
    ! i3 R# {) c% y
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);( z! t# Q9 m% x- Q5 }
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    1 {/ r7 m* a/ w. K! M* W  M
  9.     。。。
    ( g+ g& A8 i7 d8 i. t' G
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      `& C; q. o& h" D2 }9 K
  11. }$ Q+ u. B6 {7 ^2 q! P( {: |# B
  12. 。。。
    * _+ _2 |; G) F8 ]" S; j8 ]" ^2 w
  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( T/ }- ^' _7 Z
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    * k( Q2 B) l; J% ?$ w
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;& O2 I$ M! {: B  ?
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    6 x8 `$ E" U: u6 M
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    * D1 E$ A/ L' g
  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;
    . r9 z% P6 Y/ \# {, L% e
  2. pthread_cond_t pct;6 x  Z8 F' E- f# d) C
  3. int main(int argc, char* argv[])& z2 e# b* k5 J" R0 ^6 R
  4. {  Q# g2 _/ V2 l2 _6 F2 g2 Y' |) ?
  5. ...8 g- o1 T/ f7 W+ q
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);4 T' j0 y1 C: Y  i. |6 T* N8 ~7 Y
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);& I' b3 E! D2 C  Q" @8 e
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    * s2 u3 N7 R# ~2 Q
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    7 ]7 A/ ], |" H$ `. u+ V! p
  10. ...
    2 k8 G9 D( Y6 s; H
  11.     while(1)
    1 |" t$ e! @- G, K0 h
  12.     {& M- ^& w) i, C0 H# h3 B. l$ c1 C0 x
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);+ _" T# x: z0 A6 I( B0 N
  14. ...( t- _" N: M# A% Q0 g7 B
  15.     }
    # z5 J* R: |+ n5 R: K+ H: ]
  16. ...
    2 c4 Z: k% ]* m# S* @0 {6 p
  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;">8 S! N; a7 T0 ~3 z
  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" \
    5 T! }) f/ w* Q/ J& q+ l$ z- I- S
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \# T% y* S# r! v7 m" u; v
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    $ E7 P1 h6 p8 v: O/ {2 u
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    8 t( v  Z; j! O1 {
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"+ h" W3 f; t1 q: k! q4 h1 n% u
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    % S6 S+ ~8 O# h( G" r- c, Q$ ]
  7.     printf("preparing header\n");
    0 _0 V, U( d3 Q4 M
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
      |9 g# ^# m; i3 ?
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
    9 L- T" D: K. X% c: s
  10.             STD_HEADER \
    $ {4 X7 p6 u, r2 M  ]
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) O: M2 H2 c& }2 O! c
  12.             "\r\n" \
    / h' j: \. b! g" e6 y) |4 p" i
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");5 [- R/ A6 C5 |
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! G  e% h& b  A
  15.     {
      m  N1 ^: o4 r& C
  16.         free(frame);& f  E5 k9 N5 ^, g) t
  17.         return;% K6 N, M" n' ~2 p! q
  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 B  {  Z. ^& L0 ~
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    % v/ D2 V) g: ~# q
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \; S) S0 V- x" P
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);% @) P$ s2 H& r; c
  5.         printf("sending intemdiate header\n");" U& X( ?+ [  o8 z" w
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . ?1 M6 V* Q- R% G- S+ ^
  7.             break;
    # R9 K6 @1 B) \5 ?* y" s
  8.         printf("sending frame\n");
    & P  H+ x  t. O  P
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)( X. d5 g! I# z2 I- y3 D6 r
  10.             break;# Z5 j  X9 {7 Y, q; o8 e
  11.         printf("sending boundary\n");; `4 R6 y# d! }( W7 y
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 t$ k! y% J: m
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " R( J/ Z1 y( r% U" 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。

- O+ a1 v( o* n# P/ }2 ?

5 l0 e/ O" D6 ^$ }* \
二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:
1 ~9 c5 f" X7 d- Z5 w! t( @
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    9 a. [* R7 F+ C6 a- o- b5 `
  2. {
    ' }. \; ^$ g. @( o
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);6 a& q# K- P1 B+ Q0 ?
  4.     if(*socket_found == (~0))) O. L0 t$ q/ Y6 |; K3 k; C
  5.     {8 q( R6 w% Z6 q
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");8 T" X) `" r& O. B7 z7 q8 ~
  7.         return -1;$ B3 U) U3 v  G; n9 c. q! n$ j: p
  8.     }& B" C9 l( \: C, @; I
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    / U  u1 N/ F& g2 |1 m: I+ V+ L
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / G4 N9 ^0 ~1 q- M
  11.     addr->sin_port = htons(port);. P; I) I' y8 H7 t
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 m" k: t) y! O. s$ ^
  13.     return 0;
    2 ~! c5 @( J% Y7 W9 p# L9 Z9 z: W
  14. }
复制代码

4 B/ I) x; X, x5 I! s/ n" ^
+ P3 [0 T  S9 A- {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:
; O6 T, t  q0 v6 N2 \6 Z  R. @7 g; M
6 p3 @$ I) @# b7 J& Z. u# ~+ q
  1. while(fend > 0)& `; i3 c- {8 x. B
  2. {: a/ ]2 Y5 E+ ~0 K  \) x
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));- y' v  l  Q8 d; p+ f. e$ C- A
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    ) M* m/ D0 b3 ^- c: v4 S
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    7 T6 f) }7 e, x' y" r
  6. {
    % W6 R+ b! z4 R) @3 O1 E; l. ~3 u
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
    - ?7 F# ]. W. Q' [( ^$ V0 x
  8. picture.fin = 0;
    , M: ~: K( k0 b, N2 V/ U
  9. }
    2 g% g% e3 P9 y  [( o
  10. else, P5 E9 q8 Z: Y( J: ?+ [  V9 U. S
  11. {0 V# H) c' i  a' {! N6 \
  12. picture.length = fend;4 `3 K6 K) F( T  X
  13. picture.fin = 1;
    $ A( V' {% C# s+ H$ w+ z: X
  14. }
    7 t% H" X1 D) ^* j( G0 Q" j
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; @) {* s) b: L! c5 K1 w) i9 C
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);9 Y( N/ Q: q% s& t
  17. if(sendbytes == -1)
    4 N) X7 f$ C4 [$ d
  18. {. Y$ W9 ^9 }2 Q
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . u/ v5 I: W' c. D: g# `
  20. return -1;+ g+ f" l8 a( k2 B% R
  21. }
    : j0 q* H% D$ |  E6 Z+ z
  22. else9 H5 [$ J0 f$ y1 Q' H4 c
  23. {
    . t% S3 y* e( o% k  |* Z; j
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 a' M$ y' b, {9 ?  r8 M
  25. }. c, N" ]8 @" F- I! {6 V3 |( |
  26. }
复制代码
& h8 B0 A8 D' x6 G
8 [$ |+ a3 S2 x$ H- }/ e, N

) L7 E. X' P5 r- P; |6 k0 R

, \& {$ B$ Y9 c0 b6 d; [2 kiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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