基于OpenHarmony实现智能猫眼

电子发烧友开源社区 2022-05-20 1325

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描述

 

 

前言

智能猫眼是一种家居安防产品。是安装在防盗门上的一种嵌入式设备，可以通过摄像头获取图像显示至手机应用中，这样老人或者小孩就可以看清门外的情况。

智能猫眼的实现是采用流媒体协议 RTSP。该协议定义了程序如何通过 IP 网络传送多媒体数据。RTSP 多用于安防摄像头、车载监控、网络直播等场景应用。本文档旨在讲解在 OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony"） 1.0.1 release 下将 Hi3518EV300 编码后的 H.265 视频格式（H.265 是一种视频编码格式，可以由 OpenHarmony 媒体子系统产生），通过 RTSP 传输显示到手机的应用中。

 

摄像头

注：Hi3518EV300是 润和Hi3518 HiSpark IPC AI摄像头开发板套件 

 

如上图片：Hi3518EV300 设备将捕获到的图像通过 RTSP 发送到手机应用中并显示出来。

 

开发流程

RTSP 采用 Server/Client 模式，在本样例场景中 Hi3518EV300为RTSP Server，手机应用为 RTSP Client。在 RTSP 体系结构包含 RTSP和RTP（实时传输协议）两种协议，其中 RTSP 协议用于建立连接与传输多媒体控制命令（开始、暂停、结束等），RTP 协议用来传输多媒体数据（音频、视频）。

RTSP Server 的实现分为如下几步：

●设置 Wi-Fi：将手机与 Hi3518EV300 在同一网络中；

●环形缓存区：将媒体子系统中编码出的 H.265 数据存入环形缓存中；

●RTSP：RTSP Server 通过 RTSP 与 RTSP Client 交互控制信息；

●RTP ：RTSP Server 收到PLAY命令后从环形缓存中获取 H.265 数据并使用 RTP 协议发送。

如下图所示：

 

摄像头

 

如何运行 RTSP Server 可以参考文章智能猫眼 3518 开发样例，下面根据该文章讲解 RTSP Server 的实现流程。

代码结构：


├── smart_door_viewer_3518│   ├── BUILD.gn                                      // 编译构建│   ├── include│   │   ├── camera_sample.h                   // 摄像头操作头文件│   │   ├── rtp.h                                         // rtp协议传输头文件│   │   ├── rtsp_log.h                                // 打印调试头文件│   │   └── rtsp_server.h                           // rtsp头文件│   └── src│       ├── camera_sample.cpp                 // 摄像头实现│       ├── main.cpp                                   // 主函数│       ├── rtp.cpp                                       // rtp协议实现│       └── rtsp_server.cpp                         // rtsp协议实现├── foundation              │   └── multimedia│       └── media_lite│           ├── frameworks│           │   └── recorder_lite │           │       ├── recorder.cpp                //增加获取摄像头H.265数据实现类接口│           │       ├── recorder_impl.cpp       //增加获取摄像头H.265数据实现│           │       └── recorder_impl.h           //增加获取摄像头H.265数据实现定义│           └── interfaces│               └── kits│                   └── recorder_lite│                       └── recorder.h                 //增加应用层获取摄像头H.265数据实现类接口定义

 

设置Wi-Fi

设置 Wi-Fi 连接热点 ssid 为“Smedia”psk为“12345678”。

在文件 wpa_supplicant.conf 中修改如下：


country=GBctrl_interface=udpnetwork={    ssid="SMedia"    psk="12345678"}

 

设备启动后输入：


./bin/wpa_supplicant -iwlan0 -c/etc/wpa_supplicant.conf

 

输入 ifconfig 可查看到连接成功后的 IP 地址：

 

摄像头

 

环形缓存区

在媒体子系统中，为了同步 RTSP Server 应用获取 H.265 数据须设计一个环形缓冲区。缓冲区总大小为 16*256K 长度的数组。put 为媒体子系统存放缓冲区的偏移值，get 为 RTSP Server（Hi3518EV300）线程获取缓冲区的偏移值，缓存区定义在文件 recorder_impl.h 下。


constexpr uint32_t RING_BUFF_MAX_CNT = 16;constexpr uint32_t RING_BUFF_SIZE = 256*1024;

 

具体实现如下：

初始情况下偏移值 put 与 get 的位置均在开头。

 

摄像头

 

当 RTSP Server 启动后媒体子系统填充 buff，偏移值 put 向前移。

 

摄像头

 

RTSP Server 通过偏移值 get 获取到视频编码数据后释放 buff，偏移值 get 向前移。

 

摄像头

 

当 put 与 get 偏移超过 16 时重新置 1 因此形象地称为环形缓冲区，其中 get 永远在 put 后且间距不会超过 3 个 buff，实现是在 rtsp Server 中设置同步时间。

 

摄像头

 

代码实现逻辑：当 RTSP Server 运行到 RTP 时才会往缓冲区存放数据(ringStatus 标志位设置为 true)。存入缓冲区的首帧是从关键帧（帧头为 0x40 与 0x01 与 startFramFlag 标志位为 true）开始，后续所有帧都会保存到缓冲区中（saveFlag 标志位设置为 true,startFramFlag 标志位为 false），在函数 VideoSourceProcess 下实现。


if ((iNumber < RING_BUFF_MAX_CNT) && (ringStatus == true)) {    if((startFramFlag == true) &&(buffer.dataAddr[4]==0x40)        && (buffer.dataAddr[5]==0x01)) {        if (memcpy_s(ringFifo[iPut].buffer, RING_BUFF_SIZE, buffer.dataAddr, buffer.dataLen) != EOK) {            MEDIA_INFO_LOG("[Error] memcpy_s");         } else {            ringFifo[iPut].size = buffer.dataLen;            iPut = addring(iPut);            iNumber++;            startFramFlag = false;            saveFlag = true;        }     } else {         if(saveFlag == true) {             if (memcpy_s(ringFifo[iPut].buffer, RING_BUFF_SIZE, buffer.dataAddr, buffer.dataLen) != EOK) {                MEDIA_INFO_LOG("[Error] memcpy_s");              } else {                 ringFifo[iPut].size = buffer.dataLen;                 iPut = addring(iPut);                 iNumber++;                       }          }      }}

 

RTSP

RTSP Server 与 RTSP Client 通过 RTSP 协议收发控制命令，其基本流程如下：

●OPTION：首先 Client 连接到 Server 并发送 OPTION 命令，Server 立刻返回所支持的命令（OPTION、DESCRIBE、SETUP、PLAY、TEARDOWN）；

●DESCRIBE：Client 发送描述命令（DESCRIBE），Server 通过一个 SDP 描述来进行反馈，反馈信息包括流数量、媒体类型等信息；

●SETUP：Client 分析 SDP 描述，并为会话中发送建立命令(SETUP)，告诉 Server 用于接收媒体数据的端口；

●PLAY：连接建立完成后，Client 发送一个播放命令(PLAY)，Server 就开始在 UDP 上传送媒体流（RTP包）到 Client；

●TERADOWN：最后 Client 可发送一个终止命令(TERADOWN)来结束流媒体会话。

其交互流程如下所示：

 

摄像头

 

在文件 rtsp_server.cpp 中，RTSP Server 收到 OPTION 后回复服务器提供的可用命令（OPTION、DESCRIBE、SETUP、PLAY、TEARDOWN）。

函数实现如下：


static void RtspOptions(char* sendBuff, RtspClientInfo &rtspCliInfo){    sprintf(sendBuff, "RTSP/1.0 200 OK
"                    "CSeq: %d
"                    "Public: OPTIONS, DESCRIBE, SETUP, PLAY, TEARDOWN
"                    "
",                    rtspCliInfo.rtspCseq);}

 

RTSP Server 收到 DESCRIBE 后回复 SDP （SDP 信息为会话名称和目的、会话持续时间、媒体类（音频、视频等）、传输协议（RTP/UDP/IP等）、媒体编码格式（H.264、H.265 等）、接收媒体的相关信息端口和格式等。）信息。

函数实现如下：


static void RtspDescribe(char* sendBuff, RtspClientInfo &rtspCliInfo){    char sdp[512];
    memset(sdp, 0, sizeof(sdp));    sprintf(sdp, "v=0
"                 "o=- 973 1 IN IP4 192.168.1.103
"                 "t=0 0
"                 "a=control:*
"                 "m=video 0 RTP/AVP 96
"                 "a=rtpmap:96 H265/90000
"                 "a=control:track0

");    sprintf(sendBuff, "RTSP/1.0 200 OK
CSeq: %d
"                    "Content-Base: %s
"                    "Content-type: application/sdp
"                    "Content-length: %d

"                    "%s",                    rtspCliInfo.rtspCseq,                    "rtsp://192.168.1.127:8554/test.264",                    strlen(sdp),                    sdp);}

 

RTSP Server 收到 SETUP 后回复传输模式（采用 RTP 传输）、端口号信息准备 play。

函数实现如下：


static void RtspStep(char* sendBuff, RtspClientInfo &rtspCliInfo){    sprintf(sendBuff,             "RTSP/1.0 200 OK
"            "CSeq: %d
"            "Transport: RTP/AVP;unicast;client_port=55532-55532;"            "server_port=%d-%d
"            "Session: 66334873
"            "
",            rtspCliInfo.rtspCseq, rtspCliInfo.clientPort, rtspCliInfo.clientPort + 1);}

 

RTSP Server 收到 PLAY 后回复 Range 的值为"npt=0.0000-"，表示从开始播放，默认一直播放！随后发送视频流数据。


static void RtspPlay(char* sendBuff, RtspClientInfo &rtspCliInfo){    sprintf(sendBuff, "RTSP/1.0 200 OK
"                "CSeq: %d
"                "Range: npt=0.000-
"                "Session: 66334873; timeout=60

",                rtspCliInfo.rtspCseq);}

 

程序运行后使用 wireshark 抓取报文如下：

 

摄像头

 

RTP

RTSP 会话进行到 PLAY 后就可启动 RTP 发送视频流数据，RTP 包分为 RtpHeader（Rtp 头）加 payload(负载数据)，在文件 rtp.cpp 下的 UdpSendFrame 函数中。

RtpHeader

●csrcLen csrc 计数，在没有 RTP 混频器的情况下通常为 0

●extension 扩展名，必须为 0

●padding 填充位，不得使用填充，默认为 0

●version 版本号为 2

●payloadType 数据帧类型 96（H.265）

●marker 将一帧分片时区分头片

●seq 序列号为了以每片为单位

●timestamp 时间戳以每帧为单位

●ssrc 数据信源号


rtpPacket.rtpHeader.csrcLen = 0;rtpPacket.rtpHeader.extension = 0;rtpPacket.rtpHeader.padding = 0;rtpPacket.rtpHeader.version = 2;
rtpPacket.rtpHeader.payloadType = 96;
rtpPacket.rtpHeader.ssrc = 10;
rtpPacket.rtpHeader.timestamp = timestamp;timestamp += 90000/25;

 

payload

RTP 包最大为 1400 个字节，因此打包分为两种：

1.若 H.265 帧小于 1400 个字节时可放至一个 rtp 包中；

2.若 H.265 帧大于 1400 个字节时，则需要分片打包在多个 rtp 中；

当文件小于 1400 时直接放到 pyahload 中发送。


if (s32NalBufSize <= RTP_MAX_PKT_SIZE) {      if (memcpy_s(rtpPacket.payload, s32NalBufSize, pNalBuf, s32NalBufSize) != EOK){        SAMPLE_INFO("memcpy_s");    return -1;    }    rtpPacket.rtpHeader.marker   = 1;    rtpPacket.rtpHeader.seq = seq++;    ret = UdpSendPacket(&rtpPacket, s32NalBufSize);    sendBytes += ret;    SAMPLE_INFO("sendBytes->%d", sendBytes);}

 

若 H.265 帧大于 1400 个字节时就必须进行分片封包处理。则要设置 PayloadHdr、FU（Fragmentation Units）、DONL 暂不涉及可以省略，其中 PayloadHdr 固定为 49。


   0                   1                   2                   3    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+   |    PayloadHdr (Type=49)       |   FU header   | DONL (cond)   |   +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-|   | DONL (cond)   |                                               |   |-+-+-+-+-+-+-+-+                                               |   |                         FU payload                            |

 

FUheader 格式为：S 置 1 表示起始片，E 置 1 表示最后片，FuType 就是实际的 Nal type 类型。


  +---------------+  |0|1|2|3|4|5|6|7|  +-+-+-+-+-+-+-+-+  |S|E|  FuType   |  +---------------+ 

 

函数中实现如下：


int pktNum = s32NalBufSize / RTP_MAX_PKT_SIZE;         int remainPktSize = s32NalBufSize % RTP_MAX_PKT_SIZE;    int i, pos, head_len;    head_len = 2;    pos = head_len;     for(i = 0; i < pktNum; i++)    {      rtpPacket.rtpHeader.seq = seq++;            rtpPacket.payload[0] = 49 << 1;      rtpPacket.payload[1] = 1;      rtpPacket.payload[2] = (naluType & 0x7E)>>1;      if (i == 0) {         rtpPacket.rtpHeader.marker = 1;        rtpPacket.payload[2] |= 0x80; // start      }      else if (remainPktSize == 0 && i == (pktNum - 1)){        rtpPacket.rtpHeader.marker = 0;        rtpPacket.payload[2] |= 0x40; // end      }      if (memcpy_s(rtpPacket.payload + head_len + 1, RTP_MAX_PKT_SIZE, pNalBuf+pos, RTP_MAX_PKT_SIZE) != EOK) {        SAMPLE_INFO("memcpy_s");          return -1;      }            ret = UdpSendPacket(&rtpPacket, RTP_MAX_PKT_SIZE + head_len + 1);      if (ret < 0) {        SAMPLE_ERROR("rtpSendPacket is error");        goto cleanup;      }      sendBytes += ret;      pos += RTP_MAX_PKT_SIZE;    }    if (remainPktSize > 0)    {      {        rtpPacket.payload[0] = 49 << 1;        rtpPacket.payload[1] = 1;        rtpPacket.payload[2] = (naluType & 0x7E)>>1;        rtpPacket.payload[2] |= 0x40; // end      }      if (memcpy_s(rtpPacket.payload + head_len + 1, remainPktSize, pNalBuf+pos, remainPktSize) != EOK) {        SAMPLE_INFO("memcpy_s");          return -1;      }      rtpPacket.rtpHeader.seq = seq++;      ret = UdpSendPacket(&rtpPacket, remainPktSize+head_len+1);      if(ret < 0)      {        SAMPLE_ERROR("rtpSendPacket is error");        goto cleanup;      }      sendBytes += ret;    }

 

程序运行后使用 wireshark 抓取报文如下：

 

摄像头

 

RTSP Client

RTSP Client 实现使用手机 APP”完美播放器“。

准备一台手机，在手机应用市场中搜索”完美播放器“并下载安装。

 

摄像头

 

打开菜单选择网址播放。

 

摄像头

 

输入 rtsp 播放地址，其中 ip 地址 10.42.0.54为Hi3518EV300中Wi-Fi 的地址。

 

摄像头

 

 

总结

丰富多样的 OpenHarmony 开发样例离不开广大合作伙伴和开发者的贡献，如果你也想把自己开发的样例分享出来，欢迎把样例提交到 OpenHarmony 知识体系 SIG 仓来，共建开发样例请参考如何共建开发样例。

 

审核编辑 ：李倩


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