一、前言

很多年前就做过类似的项目,无非就是将本地的图片上传到服务器,就这么简单,其实用http的post上传比较简单容易,无需自定义协议,直接设置好二进制数据即可,而采用TCP或者UDP通信的话,必须自定义协议,因为不知道什么时候数据接收完了是完整的图片数据,可能同时在发送很多图片数据,而且还不能区分收到的图片是哪个客户端发来的,TCP长连接的话,还需要有心跳来检测连接,所以必须自定义一套协议来支撑通信,这套协议采用的是上海监管平台的通信协议格式,拓展性比较强,其中头部信息包括了类型+当前完整包的数据长度,这个类型就是通信协议的标识,这样下次来一个其他类型的比如楼宇对讲可以叫IDOOR,服务端根据这个标识就能知道采用何种解析算法来处理后面的数据,而当前完整包的数据长度可以用来处理收到的数据,只有该长度的数据才表示接收完成一个完整的图片数据,再去解码处理。当传输的图片到了一定速度的时候比如一秒钟传输20张图片,其实就相当于传输视频了,一般人的肉眼看到一秒钟20张图片基本上认识就是视频了。

TCP理论上是稳定的连接,不会丢包,也不会随便一个包插入到一个包的中间,肯定能保证一个数据包的完整性,TCP连接也分两种,一种是长连接,一旦连接了就一直通信,主要用在频繁通信的场景中比如实时上传,还有一种叫短连接,客户端发完数据或者服务端接收完数据就立即断开连接,主要用在不频繁的通信场景中比如报警上传,毕竟报警的情况在一天中很少发生,采用短连接为佳,可以省去很多系统的开销,Qt对TCP的通信也是封装的很好用,在一些小并发的就几个几十个连接的项目中,效率还是可以的,据说Qt5的QNetwork组件底层重新改写了,效率比Qt4更高一些,本人也没用去详细的查看对应的源码,只是听说。

Qt的网络通信类,我们平时常用的就是三个:QTcpSocket客户端类、QTcpServer服务端类、QUdpSocket通信类,为啥没有QUdpServer类?其实UDP是无连接的通信,占用资源很小,他既可以是客户端也可以是服务端,如果要作为服务端则指定端口调用bind方法即可。本程序同时支持了TCP模式和UDP模式,实际测试下来,还是建议使用TCP模式,UDP模式由于无连接在短时间内发送大量的数据包发现会丢包,而且包的大小有限制,是65507字节,大约64K,所以UDP模式下实时传输的图片分辨率不能太大,实测640*480的视频文件还是挺好的,720P基本上有点惨,丢包好多,可能后期还需要从协议上改进处理。

本程序和协议约定的图片采用base64编码传输,接收到以后将base64字符串解码出来生成图片,QByteArray内置类toBase64方法转成base64编码的字符串,QByteArray::fromBase64方法将base64字符串还原成数据。在经过多次的实验以后统计的数据显示,编码解码的速度还可以,其中720P图片编码25ms-30ms、解码15ms-20ms,1080P图片编码35ms-40ms、解码25ms-30ms。总体上来说一秒钟传输25-30张图片和解码25-30张图片,还是没有什么问题的,只是走的CPU编码解码,如果开的通道数比较多的话,还是很耗CPU的,但是应付一些简单的应用场景还是如鱼得水毫无压力。

体验地址:https://pan.baidu.com/s/1bbL2ZughZAgfIGrexyN-9g 提取码:zkeh 文件名:bin_video_image.zip。

二、功能特点

  1. 多线程收发图片数据和解析图片数据,不卡主界面。
  2. 同时支持TCP和UDP两种模式,封装了TCP模式以及UDP模式的客户端类和服务端类。
  3. 图片传输客户端同时支持发送到多个服务端,可以作为一个教师机同屏发送到多个学生机的应用场景。
  4. 同时支持多个客户端同时往服务端发送图片,服务端每个连接都会自动开辟线程收发和解析图片数据。
  5. 自定义label控件信号槽机制绘制图片,不卡主界面。
  6. 自带心跳机制判断离线,自动重连服务器,可设置超时时间。
  7. 每个消息都有唯一的消息标识uuid,服务端收到以后会返回对应的uuid消息表示收到,客户端可以根据此返回消息判断服务端解析成功,不用再发,这样可以确保发出去的数据服务器接收到了并解析成功。
  8. 每个消息都有唯一的图片标识flag,相当于ID号,根据此标识判断需要解析显示到哪个界面。
  9. 图片以base64的字符串格式发送,接收端接收到base64字符串的图片数据解码后重新生成图片。
  10. 所有数据的收发都有信号发出去,方便输出查看。
  11. 都提供单例类,方便只有一个的时候直接使用无需new。
  12. 采用自定义的xml协议,可以自由拓展其他属性字段比如带上图片内容等。

三、通信协议

  1. 采用TCP长连接和UDP协议可选,默认通信端口6000。
  2. 采用自定义的xml通信协议。
  3. 所有传输加20个字节头部:IIMAGE:0000000000000,IIMAGE:为固定头部,后面接13个字节的 内容的长度(含20个头部长度) 字符串。
  4. 下面协议部分省略了头部字节。
  5. 服务端返回的数据中的uuid是对应接收到的消息的uuid。
  6. 服务端每次返回的时候都带了当前时间,可用于客户端校时。
客户端发送心跳
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ImageClient Uuid="8AF12208-0356-434C-8A49-69A2170D9B5A" Flag="SHJC00000001">
<ClientHeart/>
</ImageClient> 服务器收到心跳返回
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ImageServer Uuid="8AF12208-0356-434C-8A49-69A2170D9B5A" NowTime="2019-12-05 16:37:47">
Ok
</ImageServer> 客户端发送图片
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ImageClient Uuid="66BCB44A-B567-48ED-8889-36B8FA6C4363" Flag="SHJC00000001">
<ClientImage>图片base64编码后的字符串/9j/4AAQSkZJRgABAQEAYABgAAD/2wBDAAgGBgcGBQgHBwcJCQgKDBQNDAsLDBkSEw8UHRofHh0aHBwgJC4nICIsIxwcKDcpLDAxNDQ0Hyc5PTgyPC4zNDL/2wBDAQkJCQwLDBgNDRgyIRwhMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjIyMjL/wAARCAJAAtADASIAAhEBAxEB/8QAHwAAAQUBAQEB...nvWsQRlXA61mTjmtWcdazLgcmrQ0U2plSMKjpDE7UtFFAwxRRRQAUuKWigQlFFFLcD//2Q==</ClientImage>
</ImageClient> 服务端收到图片返回
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<ImageServer Uuid="66BCB44A-B567-48ED-8889-36B8FA6C4363" NowTime="2019-12-05 16:38:47">
Ack
</ImageServer>

四、效果图



五、核心代码

//图片转base64字符串
QByteArray DeviceFun::getImageData2(const QImage &image)
{
QByteArray imageData;
QBuffer buffer(&imageData);
image.save(&buffer, "jpg");
imageData = imageData.toBase64();
return imageData;
} //base64字符串转图片
QImage DeviceFun::getImage(const QString &data)
{
QByteArray imageData = QByteArray::fromBase64(data.toLatin1());
QImage image;
image.loadFromData(imageData);
return image;
} //客户端线程发送图片
void TcpImageClient::run()
{
while(!stopped) {
//这里采用线程去处理,其实完全可以用定时器搞定,毕竟tcp的write是异步的,操作系统自动调度
//为了后期的拓展性,比如需要判断是否发送成功之类的,需要同步处理,所以改成的线程去处理
//图片数据转成base64编码的数据也需要时间的,主要的耗时在转码
//取出数据发送,这里需要加锁,避免正在插入数据
if (isOk && images.count() > 0) {
QMutexLocker locker(&mutexImage);
QImage image = images.takeFirst();
QString imageData = DeviceFun::getImageData(image);
emit readyWrite(imageData);
} //要稍微休息下,否则CPU会被一直占用
msleep(1);
} stopped = false;
} //服务端线程解析图片
void TcpImageSocket::run()
{
while(!stopped) {
//这里采用线程去处理,其实完全可以用定时器搞定,毕竟tcp的write是异步的,操作系统自动调度
//为了后期的拓展性,比如需要判断是否发送成功之类的,需要同步处理,所以改成的线程去处理
//base64编码数据转图片数据也需要时间的,主要的耗时在转码
//取出数据发送,这里需要加锁,避免正在插入数据
if (imageFlags.count() > 0) {
QMutexLocker locker(&mutexImage);
QString imageFlag = imageFlags.takeFirst();
QString imageData = imageDatas.takeFirst();
QImage image = DeviceFun::getImage(imageData);
emit receiveImage(imageFlag, image);
} //要稍微休息下,否则CPU会被一直占用
msleep(1);
} stopped = false;
} //客户端类使用方法
TcpImageClient *client = new TcpImageClient(this);
UdpImageClient *client = new UdpImageClient(this);
connect(widget, SIGNAL(receiveImage(QImage)), client, SLOT(append(QImage)));
client->setServerIP("127.0.0.1");
client->setServerPort(6000);
client->start(); //服务端类使用方法
TcpImageServer *tcpServer = new TcpImageServer(this);
UdpImageServer *tcpServer = new UdpImageServer(this);
connect(tcpServer, SIGNAL(receiveImage(QString, QImage)), this, SLOT(receiveImage(QString, QImage)));

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