网络编程：基于TCP的socket网络传输视频（C++, python）

可以实现C++ to C++、Python to Python、C++ to Python的视频或图像传输。

一. 概述

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作”套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄，可以用来实现不同虚拟机或不同计算机之间的通信。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，像一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电， 有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。 客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务。网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

而socket与socket之间的连接以及数据传输需要一种规则，也就是我们通常所说的网络传输协议，最常用的有TCP和UDP，这两种协议的区别如下：

1.基于连接与无连接；

2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；

3.UDP程序结构较简单；

4.流模式与数据报模式 ；

5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。

接下来将以图片传输为例，用Python和C++实现服务端和客户端。这里不用语言得到的端口之间也可以互相连接。

二. 运行要求

（1）OpenCV

（2）Python 2.7

（3）C++的源文件要求windows环境

三. 代码

（1）client.py

#!/usr/bin/python
#-*-coding:utf-8 -*-
import socket
import cv2
import numpy

# socket.AF_INET用于服务器与服务器之间的网络通信
# socket.SOCK_STREAM代表基于TCP的流式socket通信
sock = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_STREAM)
# 连接服务端
address_server = ('10.106.20.111', 8010)
sock.connect(address_server)

# 从摄像头采集图像
capture = cv2.VideoCapture(0)
ret, frame = capture.read()
encode_param=[int(cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY),90] #设置编码参数

while ret:
# 首先对图片进行编码，因为socket不支持直接发送图片
result, imgencode = cv2.imencode('.jpg', frame)
data = numpy.array(imgencode)
stringData = data.tostring()
# 首先发送图片编码后的长度
sock.send(str(len(stringData)).ljust(16))
# 然后一个字节一个字节发送编码的内容
# 如果是python对python那么可以一次性发送，如果发给c++的server则必须分开发因为编码里面有字符串结束标志位，c++会截断
for i in range (0,len(stringData)):
sock.send(stringData[i])
ret, frame = capture.read()
#cv2.imshow('CLIENT',frame)
# if cv2.waitKey(10) == 27:
#     break
# 接收server发送的返回信息
data_r = sock.recv(50)
print (data_r)

sock.close()
cv2.destroyAllWindows()

（2）server.py

#!/usr/bin/python
#-*-coding:utf-8 -*-
import socket
import cv2
import numpy

# 接受图片大小的信息
def recv_size(sock, count):
buf = b''
while count:
newbuf = sock.recv(count)
if not newbuf: return None
buf += newbuf
count -= len(newbuf)
return buf

# 接收图片
def recv_all(sock, count):
buf = ''
while count:
# 这里每次只接收一个字节的原因是增强python与C++的兼容性
# python可以发送任意的字符串，包括乱码，但C++发送的字符中不能包含'\0'，也就是字符串结束标志位
newbuf = sock.recv(1)
if not newbuf: return None
buf += newbuf
count -= len(newbuf)
return buf

# socket.AF_INET用于服务器与服务器之间的网络通信
# socket.SOCK_STREAM代表基于TCP的流式socket通信
s = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
# 设置地址与端口，如果是接收任意ip对本服务器的连接，地址栏可空，但端口必须设置
address = ('', 8010)
s.bind(address) # 将Socket（套接字）绑定到地址
s.listen(True) # 开始监听TCP传入连接
print ('Waiting for images...')
# 接受TCP链接并返回（conn, addr），其中conn是新的套接字对象，可以用来接收和发送数据，addr是链接客户端的地址。
conn, addr = s.accept()

while 1:
length = recv_size(conn,16) #首先接收来自客户端发送的大小信息
if isinstance (length,str): #若成功接收到大小信息，进一步再接收整张图片
stringData = recv_all(conn, int(length))
data = numpy.fromstring(stringData, dtype='uint8')
decimg=cv2.imdecode(data,1) #解码处理，返回mat图片
cv2.imshow('SERVER',decimg)
if cv2.waitKey(10) == 27:
break
print('Image recieved successfully!')
conn.send("Server has recieved messages!")
if cv2.waitKey(10) == 27:
break

s.close()
cv2.destroyAllWindows()

（3）client.cpp

#include <stdio.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <Winsock2.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <vector>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

using namespace cv;
using namespace std;

void main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sockClient;//客户端Socket
SOCKADDR_IN addrServer;//服务端地址
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
//新建客户端socket
sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//定义要连接的服务端地址
addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("10.106.20.111");//目标IP(10.106.20.74是回送地址)
addrServer.sin_family = AF_INET;
addrServer.sin_port = htons(8010);//连接端口
//连接到服务端
connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));

Mat image;
VideoCapture capture(0);
vector<uchar> data_encode;

while (1)
{
if (!capture.read(image))
break;
imencode(".jpg", image, data_encode);
int len_encode = data_encode.size();
string len = to_string(len_encode);
int length = len.length();
for (int i = 0; i < 16 - length; i++)
{
len = len + " ";
}
//发送数据
send(sockClient, len.c_str(), strlen(len.c_str()), 0);
char send_char[1];
for (int i = 0; i < len_encode; i++)
{
send_char[0] = data_encode[i];
send(sockClient, send_char, 1, 0);
}
//接收返回信息
char recvBuf[32];
if(recv(sockClient, recvBuf, 32, 0))
printf("%s\n", recvBuf);
}
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
}

（4）server.cpp

#include <stdio.h>
#include <Winsock2.h>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <vector>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

using namespace cv;
using namespace std;

void main()
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sockServer;
SOCKADDR_IN addrServer;
SOCKET conn;
SOCKADDR_IN addr;

WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
//创建Socket
sockServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//准备通信地址
addrServer.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
addrServer.sin_family = AF_INET;
addrServer.sin_port = htons(8010);
//绑定
bind(sockServer, (SOCKADDR*)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));
//监听
listen(sockServer, 5);
printf("Waiting for images...\n");

int len = sizeof(SOCKADDR);
//监听连接
conn = accept(sockServer, (SOCKADDR*)&addr, &len);

char recvBuf[16];
char recvBuf_1[1];
Mat img_decode;
vector<uchar> data;

while (1)
{
if (recv(conn, recvBuf, 16, 0))
{
for (int i = 0; i < 16; i++)
{
if (recvBuf[i]<'0' || recvBuf[i]>'9') recvBuf[i] = ' ';
}
data.resize(atoi(recvBuf));
for (int i = 0; i < atoi(recvBuf); i++)
{
recv(conn, recvBuf_1, 1, 0);
data[i] = recvBuf_1[0];
}
printf("Image recieved successfully!\n");
send(conn, "Server has recieved messages!", 29, 0);
img_decode = imdecode(data, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
imshow("server", img_decode);
if (waitKey(30) == 27) break;
}
}
closesocket(conn);
WSACleanup();
}

四. 参考资料

C++ Socket编程步骤

Python Socket 编程详细介绍

树莓派用Python写几个简单程序5：用socket传图像