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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
  I0 [' G3 [$ u; v7 V5 h6 l9 S$ t9 f

( F3 h7 D  c' J+ i+ N* ^: W- N

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
1 L4 ^( d# c. I& ]- g7 |7 N/ ]1 i) j' M) k, H! J% i

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 ]; n3 y; q: x4 J+ \


( a8 r5 W/ S  ?  n5 {, `/ B( G. t$ s

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。


    ' W3 y0 i) g6 Z" g/ o6 t- a

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 M0 ]- L* N* d% l; q2 j一、HTTP网页服务器
6 Y( f6 q# A+ \/ j2 b

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)
      c, d. {# d/ H# a: P
  2. {
    7 _$ a5 k+ d8 V: @0 N' w
  3.     struct sockaddr_in servaddr;0 N( M' ~, s' S- e, ?: T! P0 u- W
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);: }6 J5 Y- R/ n. ^' Q
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));" F, @# n9 r7 {0 }, J7 e
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    - H8 c0 G  @7 h
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);( y8 R* I) I$ y4 q8 Q5 ^( p
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ! I. |" T! {" Y, C- f7 K
  9.     int ret;
    * h% h2 x5 ?( G2 O/ x& T4 Q
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)  C6 @5 }: t4 [: N( h
  11.         {8 w. w  @2 F. d
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ; c  b! |; V" t& L( _4 b( Y
  13.             return -1;
    ) R) ^1 J( h; z4 `1 f4 K
  14.         }  E+ }3 @4 S4 E, f
  15.     int on = 1;
    * X$ B9 g7 f$ k5 P. x& L
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)6 J0 G" {* {  Q
  17.     {
    / j! M! b5 b7 s" d' {
  18.         printf("setsockopt error\n");
    ( [) e1 x8 |$ ?' b
  19.     }0 K/ [# i" q8 R& W+ l8 |# _
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , A/ O+ S% q$ D- ]" `6 M
  21.     if(ret == -1)
    ; R$ }+ c$ |0 F- |1 X
  22.     {5 W, n. R/ j# y) L3 G2 z
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) s( D2 {" y, j# \$ l  l
  24.             return -1;- Z+ A+ U* S! \- J7 `0 ^
  25.     }
    ( y/ _3 y; O0 q; m
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1). ?  L7 E+ m4 j( g( ]
  27.     {& |# l/ |: z- N/ ]6 p
  28.             printf("Listen failed!\n");
    ( e" o# b3 c) L! @& h& M/ g
  29.             return -1;
    " k- i4 `! e# i# r" \4 ~
  30.     }. E: P8 m+ H) \4 E5 c" x( Q
  31.     return 0;+ w  ]1 a% a% w: ~) p! G# ]' f0 M
  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);: B) o9 b# A" Y9 G
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)6 @! f( s' o. H9 G1 T6 K
  3. {6 u+ E7 d$ H% U' N3 e
  4. 。。。
    % s( w! Z4 p# y5 H1 M
  5. while(1)
    : ?; y* U1 y1 R( d
  6. {! c1 {; g, F( u% v
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);$ Z. s- {$ b6 X- X- w
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");& H( E0 W3 b) z, \8 }6 S2 h, h. [# [
  9.     。。。7 D. h1 ]7 P+ z  G6 S( U" ^' D
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);) E# d7 w' H; r& m2 b! d5 f7 }
  11. }
    # V" g+ H% ]4 s; \
  12. 。。。/ {  N+ e2 m& E
  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);  I& E$ \: g' q# C
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;. B: z) L6 c' r) l
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    * y1 A) a* [. o0 r0 ^8 G
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    : a6 m. v7 H4 _% h# H/ Z
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    6 S% h. h3 N( y* r1 s8 ~5 x0 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;" h  V+ g* Z+ ?* }* c6 \
  2. pthread_cond_t pct;7 p! o2 K6 `- q3 V1 B! |
  3. int main(int argc, char* argv[])
    3 Q2 @2 M. c1 L; ^2 N7 m/ e2 [% ?, v
  4. {
    ( l9 C% K, t' [7 p
  5. .../ i2 W8 p; j5 C- }! c$ p
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
    0 `+ f  |$ K3 B* o$ E1 c
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    . k# F$ N; f7 A
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);* ^, X1 Y7 m) w1 i
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
    ) y! R, ?  Q% i2 @
  10. ...
    , h  z3 c/ T9 U" L. o( y% k
  11.     while(1)
    * p6 Y. D/ Q" t+ ]9 ]) c
  12.     {
    9 \4 ~4 ?" x) \1 u7 F% V
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 Y) N6 B3 |) H
  14. ...
    ; H9 C& k  c4 c
  15.     }
    2 I- m0 u9 J1 @% U# R5 J
  16. ...
    2 a1 k' [- K' k) A* e) Y
  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;">
    9 q' f4 {7 V+ q2 W) @5 Q5 ^* ~
  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" \
    $ [/ K: n6 K8 C
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    # r/ S6 \9 f) Z, ^, Q, s; S4 t1 m# _
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ! c/ m" e/ t% J- i/ i5 r
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
    , |9 s. i" Y, R& v2 k9 P
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
    , r- A. y. `. Y" C, i5 e
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"+ \. y# n3 ?  C. ~* y. T
  7.     printf("preparing header\n");
    " H1 d4 W% y& X; j$ V5 P
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
    ! p4 _* o7 _- ]) E+ R) ^
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \) J, v1 z3 Q6 {& F# k$ g
  10.             STD_HEADER \
    7 c: ?; b; S: j9 C
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \+ a% n4 T- D! o# b
  12.             "\r\n" \) ], I1 E& O$ h: o
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");2 h4 ?- {8 k' ~7 i3 U
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)0 E! V  B) B' x: u
  15.     {- [0 f# z. A! i; ^* W9 M+ d
  16.         free(frame);4 i9 m& f# v6 w; t2 Y, b& {
  17.         return;
    ) j3 ]6 y3 m0 V" b1 d4 D$ d1 [" Y+ z
  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" \) z; o1 j2 R" s* H
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
    # ]/ B/ s4 P  A9 L1 W
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \' j# u+ B4 a7 V3 q
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
    ; L, N9 a# G$ q" T. f
  5.         printf("sending intemdiate header\n");
    . T. n5 t" ]5 e2 s
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % D. w9 i9 w7 D' y, s
  7.             break;8 L6 u: M- p1 q2 a
  8.         printf("sending frame\n");+ j6 M# r2 j) a
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    * c+ P/ E1 M' Q# S
  10.             break;: M7 Q& d) V/ D7 D4 c8 R
  11.         printf("sending boundary\n");
    : n8 }  U% ^2 X1 N0 X
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");7 v7 g+ P! `6 A* G2 f6 C8 Q
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)* ?# S' ~: w0 x  g
  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。

- @4 K4 p8 C  W0 y& V8 j5 |/ ?


. X+ o4 G# j7 f7 p. V3 {- _二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:  h9 m+ l) Y' s! i  J: N
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)$ c2 ~+ U8 f! q& j3 w; \+ a& I, y
  2. {2 `* ~6 b: v6 [# e
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);& B$ C' J7 t  A( [: K+ S8 k6 Q1 ^
  4.     if(*socket_found == (~0))
    6 I" f( A& M" t% c
  5.     {
    # s. o* G5 g7 _0 n) [* l8 L& h
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
      r$ j8 E3 f- L
  7.         return -1;
    0 M* D% M7 j0 z2 k0 _& L; G
  8.     }# F0 u1 @9 K5 ?, |* h
  9.     addr->sin_family = AF_INET;
    * l( L2 `& g& p$ k% E% M, c6 M
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);# c- s; [$ E2 R: x, \7 t
  11.     addr->sin_port = htons(port);: q3 ^$ c) m0 L5 l* B, ^
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);1 F( u: t' |9 m' L! q
  13.     return 0;
    & J1 X) y' N! A8 I8 S' w: ]
  14. }
复制代码
* W5 T# S7 j0 D- J, H6 c5 Z( l

; \- N, N( f9 Z; ~: B# e% x1 D# 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:
8 O* H+ n+ H3 }8 {$ F: v3 c& W; ^( F9 A

+ a/ N* E! l: O! ]9 b' e6 b# W
  1. while(fend > 0)
    & s( D' K5 K: |: r3 N) C9 ]
  2. {, v7 Z% t* c" f/ c6 N4 M4 E( V2 @6 f
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));. {3 Z1 l/ D. ^1 s) @. p
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);5 {7 K/ ^- J7 {. i. v8 [# v  m2 Z8 Y
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
    ' w$ o0 O/ u  |* f3 L( y$ u4 r: R" _! H
  6. {" y( N8 [5 N+ s) n+ I; f, C
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;5 I  z! [" x( h4 Y
  8. picture.fin = 0;
    ! i% v. h* Q2 z# N- s+ x1 G
  9. }
    6 C. b" s6 I  D. q8 h4 n
  10. else# Z/ I1 g0 A$ d
  11. {
    3 [. J* m# P# f5 m% H
  12. picture.length = fend;/ a* o6 K6 o; @( L! k
  13. picture.fin = 1;/ Z* f$ k2 ]5 l6 z  |
  14. }! I' P1 }7 N6 R0 i9 G- P* a
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);% e- v( O7 M+ {# B: K
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);  Z: A5 y4 Y) j0 s0 I
  17. if(sendbytes == -1)
    4 s# g  a1 p# X
  18. {
    2 B$ B5 u$ Q  r( b/ L% W: \
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 H+ ^+ r* y/ ?0 r2 d, B! J
  20. return -1;
    % B* `/ |" D# Q4 H
  21. }0 I* c3 P) Q! Q5 b
  22. else9 q4 f+ U+ i+ C3 x
  23. {+ F+ ~' X' k. X+ n8 U
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;+ X+ ^9 K1 Q$ o/ y( {  I
  25. }1 K! B; V) L6 c% a2 _
  26. }
复制代码
% b: e) X4 O7 _6 n& v! F3 v

( \, N9 k. Q1 W! U, R


5 L- w& q) `/ a6 s' J
! N* h$ y6 G. \" Z. A+ {& EiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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