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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
* g" ~& ?+ x. z) o9 v, p  w3 |. o% ]0 i

# t# ]6 e) _+ w' I  K  z

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* V4 s: [% \% G# s( G& H0 C/ K
$ c* t) y& u. n1 B" B) o: X9 K

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。

/ w1 C. {' M; m2 s4 A

8 z) K: e0 c/ g

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。

    . l$ u8 z$ }9 Q, p

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。

! `" N/ I7 x. u0 U+ L
一、HTTP网页服务器
* X0 e* k/ Q/ B- `1 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)& u* T) u: a! ~  A" p9 V# M
  2. {  u0 [; c' b* {7 A3 R
  3.     struct sockaddr_in servaddr;
    ; Z$ }, Y+ s2 c. {' Q: L6 g1 M1 T
  4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);' Z/ V9 s- ^" ^* ~! `8 h4 b! }
  5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    9 e! G) v) Q' R2 b
  6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    8 ^$ [- n6 B* G- m! ]" Q
  7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);5 b& p- J! I7 l4 R- s
  8.     servaddr.sin_port = htons(port);
    ; u% _  n! c: X9 W
  9.     int ret;
      L5 f( e# W+ |& J6 O0 }
  10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # l. U' R0 T$ W3 B
  11.         {
    . {/ Q& s2 W1 ]/ D& W4 N- j
  12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , _$ i5 J+ m; L" k; a8 G9 P; C
  13.             return -1;* Y0 v0 b* Q$ K. i" J/ I
  14.         }
    % t8 I- }1 f5 S, P) p
  15.     int on = 1;9 W& P" I$ n2 _) p, j! s
  16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      w& E0 i; J6 M) [, |
  17.     {. x/ H9 n7 e' _2 l8 j
  18.         printf("setsockopt error\n");
    $ D- N% p# D* a) }5 ~9 e
  19.     }9 v  e+ v. u& q( U. k" l9 {! b& \, l
  20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);  E; w! U3 h0 Y9 n
  21.     if(ret == -1)3 E' X* Z# D. F3 c$ G; h; ]
  22.     {
    5 b  @/ q  H; F1 c3 s
  23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");- v  z. q" P) ?) V4 j4 V
  24.             return -1;4 t7 `( \5 l( n  c1 k" W
  25.     }: ?% d7 y" Q/ d) D
  26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / d6 i" }$ \$ T/ m7 n6 ]3 a$ S. \
  27.     {
    & m  {( l: ^$ y1 {* Z" Z
  28.             printf("Listen failed!\n");
    - W6 N& X1 C. R7 C5 z4 a) A
  29.             return -1;
    ; f$ t( V& h8 @' R
  30.     }+ P: @6 E9 O) B- M1 P, E3 E( j
  31.     return 0;
    / k, c$ X9 ^  B
  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, z/ p# _: I; h$ t
  2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)/ X+ s* H! Y# `! g4 w! z
  3. {
    5 f7 Q( i  Q! z0 A9 L
  4. 。。。
    % E$ N7 t) G/ q/ x  x
  5. while(1)
    9 b3 o/ ]1 ?6 N$ t
  6. {
    1 G2 V# k  s3 Q  p
  7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);% v2 s6 y! q! {  s+ L. G
  8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    3 b) I3 w8 |) J3 L# Z! y
  9.     。。。. L+ h, ]2 J) M$ ]9 l$ Q( s8 W7 [
  10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);. A/ Y2 {" f5 C* z0 R
  11. }; Z  N) r2 E: ]6 ]: W: k, w
  12. 。。。
    # Y8 g. c, g" y4 y) r! b
  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);
    7 C7 |( h7 }  K) ^. B6 K0 b
  2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    $ `/ [/ a$ F! Y3 w% y1 @. ~
  3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    * W. |3 a$ f; g9 `  \
  4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    ' o: ?* [! E8 E6 \% Y6 l' ]
  5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
    : F6 Y* B# }, o* F+ p" K
  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;& Q0 Y: @+ H* q1 M* M. i; Q
  2. pthread_cond_t pct;
    * \! h# j3 L" u- ?4 D
  3. int main(int argc, char* argv[])  @: {3 I% j4 }6 @2 M, \
  4. {
    - M! o2 O- Z1 T% I$ Y0 G
  5. .... C- l2 S# h3 i% ?7 G7 H
  6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);4 ?- D( U; Z) `- q
  7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    & e. Z0 P+ a! s
  8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    % |( K3 J& d9 [& o& O
  9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);, t$ X, A- N) d6 B6 ]! f! c
  10. ...
    ' Y; \3 N& j8 I9 J6 z
  11.     while(1)
    : e5 A- r" {0 X
  12.     {
    * r: t% m- r/ O& v6 s8 W
  13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' b( {$ z( c" A! L/ g
  14. ...
    $ n) o! l. L& h9 Q
  15.     }
    % f! B! `8 g; Z8 ~/ F! Q8 [& x
  16. ...
    - L) n; g- Z3 Z5 Q7 O0 f/ s
  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;">  y  m% W6 R! u% M$ h* B. s
  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" \
    4 n- o& U, r& E& p
  2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    ) [5 x* ~) E, k3 T5 S# r
  3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    ) \0 E! I: A; f4 ~/ k# C
  4.     "Pragma: no-cache\r\n" \" V; O* z* G2 F, a1 ?) N
  5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"7 n5 G" }+ {& e1 ^  p  \' n
  6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    + m! q) s1 L- o7 h# U, ]
  7.     printf("preparing header\n");/ b6 e( O; I2 H& F0 V- Z
  8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \) P/ f% h8 D) l- W
  9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \3 ]% C- T8 T7 c, j7 T: y" w8 g8 k
  10.             STD_HEADER \2 R. K' @: G0 N) ~
  11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ B! k  m% |/ |) m1 F
  12.             "\r\n" \# P5 j, _6 `$ u) l; u. x
  13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 x' |8 @( ?/ o4 b2 n0 K9 U) j" R2 u
  14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; \% i/ a0 U! V8 Z! G, z4 J
  15.     {
    $ ~8 m1 l4 p1 ^' {- ~: o! F4 e
  16.         free(frame);: ]# q- R4 H$ U
  17.         return;- h9 A' e; }- W/ v% y
  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" \
    2 ]2 E7 d  C; M7 p! {
  2.                 "Content-Length: %d\r\n" \8 q( X" n8 w9 l( @$ b2 f- a
  3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
    3 _+ F# K$ ^0 O! U
  4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);' U0 y1 q) k; @# i1 M4 _/ }: L. I$ x
  5.         printf("sending intemdiate header\n");' I! Q0 ^- K/ [6 j
  6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0). c7 j( V# }9 x7 ^, F9 w
  7.             break;
    - K1 {5 e0 d& h( Q. N+ p
  8.         printf("sending frame\n");
    . o5 ?# A+ {& L* ^7 F* _
  9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
    . s  e  C% i/ I' e- j+ _4 p' @
  10.             break;
    * ^# ]) m. E: E
  11.         printf("sending boundary\n");! P2 S3 n0 y( i) F+ d
  12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");* D0 ^) }' ^6 D7 n2 D) p1 s+ s
  13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / i. P! _4 Y; Y/ z# r8 n; 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。


- ]. M* {6 `: q: @6 {0 [* v0 R


' n! p6 B  z  V/ m二、UDP上位机UDP发送操作,同样需要先建立UDP Socket:) }6 I( a* V% c8 @8 Q
  1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
    / {) U, N, K/ r* O0 A% g
  2. {
    ' _! Y) _  O* T: Y  G
  3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);* K! _* |4 L$ H. s& @& B# P
  4.     if(*socket_found == (~0))7 H6 q* Z' a( F1 [
  5.     {# j: Z1 E9 {% U9 R
  6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
    ; D! I5 L: H$ T8 l8 t5 n8 d& |9 v
  7.         return -1;+ l2 i8 N6 D$ y# y+ R- U2 |
  8.     }
    2 p4 n' M1 v, F- D! M! q2 `$ ]
  9.     addr->sin_family = AF_INET;+ m8 O- S8 J6 K
  10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    $ G1 G1 _! o7 [  C+ O& P
  11.     addr->sin_port = htons(port);% @) [! F9 P' V6 L: u' k
  12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( h, f: C# ~7 \/ W
  13.     return 0;
    : w  x" O  v/ r. g9 ?7 C% O9 R" |6 O
  14. }
复制代码
1 s% m0 n* a2 k6 v% y

- t- u* Z1 ~8 {9 {% 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:/ M. a9 t4 e3 [6 u* L8 e# g1 ]
! G" Z  r" U$ F- R. M, a6 ?
8 M4 n3 t+ G# i6 W
  1. while(fend > 0)
    $ z/ L  O% _3 q
  2. {, A0 _/ k, Z# K  U! k( Z; Y
  3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
    , s+ t$ p& [, i8 o; n0 w& P8 |9 |
  4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
    7 L2 f  Y9 N* x) i+ ^
  5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)% n' B: o3 ~2 F9 s
  6. {
    9 A3 ]; S* Q, {+ B* i+ z+ s
  7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;. _& M" J+ O" d! n5 p
  8. picture.fin = 0;0 x' H+ K+ S5 L: @( F
  9. }
    - x$ z) }2 R( x! R8 ], w) B
  10. else) Q* m. g* G& R3 q8 N" R
  11. {
    3 V* V7 D1 a: I
  12. picture.length = fend;
    : F, g: b; A, M7 b
  13. picture.fin = 1;
    ) G* g  j# x) [
  14. }
    ) w) |) y! a" F" I+ t/ C" {
  15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , W2 E* ?( \& o. j3 h+ F& e
  16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);) c8 p: W/ Y! E, b) o
  17. if(sendbytes == -1)
    # r5 a* c- R' m$ \) Y% K2 A# z
  18. {
    " X( ?0 l1 A' M
  19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 y. M: [, D) S+ w, w% {2 z* I
  20. return -1;9 y  B( v5 u# h
  21. }& y! z5 r$ F9 b0 a9 I* x
  22. else
      f3 o- c" J) C# e. w$ k
  23. {
    6 j# ~* ?$ i( C& U* [
  24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % W& m6 k$ D, S. x. I
  25. }
    - z" ~) a% p) B: V5 p6 f, \/ l7 n
  26. }
复制代码
# y) x. t$ z0 {: Z$ S) Y! Z

& @; C. G. M! p' f0 g. S1 `; R

0 h& p  a& _8 G( i7 ^2 J; P% ]

3 Z3 w4 a8 c* Z! O: e* }3 fiMX8MPlus 核心板: https://www.forlinx.com/product/136.html
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