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)

飞凌-marketing

* H2 c; M& D! w" L1 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

# @6 K! v3 l6 w

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。

0 |# p% A( p' G) [5 F

0 I" `' `- l1 U4 P& g  t" K$ I

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。

  
  0 J0 Q& p) L* ~. {7 t! d& L# t

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。

4 \5 S1 a+ k. H2 b8 R$ I一、HTTP网页服务器
% T) h8 v' n( j

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 K. s: J5 {3 E  Y& h0 R1 R  l
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , P: A( X* u2 I3 `
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   : V) D! s& s9 N6 ^: ^$ i/ [2 ^
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & {7 P; n$ Q' D2 h
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : h1 @0 g8 M2 J$ I
9.     int ret;
   8 z; H' M2 A; f: _6 w& u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; y3 o% r6 G2 w) _% ]
11.         {
    & _9 B# h& k- W& Y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ) l, s  J# u0 K8 u: k
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! q0 m. d  m) l+ v8 g' j: \2 b4 N
21.     if(ret == -1)
    # l/ ^# q! [- u# `* N) x
22.     {
    2 z6 [+ c4 Q& e# ^! p( \; e. f2 i
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ; P8 u4 p2 C7 b0 L, Q
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    % `4 [& l8 N8 v  n* K
28.             printf("Listen failed!\n");
    - I+ e9 q1 Z; ]" P9 S& ]. p
29.             return -1;
    $ ]" z9 _: {. r6 \& y- Y$ h. c
30.     }
    
31.     return 0;
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ( ^& j( [5 M9 Z9 ?8 J7 Q
3. {
   # b3 t1 Y, k8 V4 i
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ' o9 ]4 L$ z/ _8 |( c7 U3 L
11. }
    * A, |6 ^( m6 o9 g: T0 M* E2 N
12. 。。。
    ! }  ^6 `2 Z5 [4 V4 a
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 f9 K7 f* q) n3 I. X) g0 y
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 h) Z9 |1 ?1 W* l
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   " z) q8 d+ Q7 _  h2 e; u
3. int main(int argc, char* argv[])
   . \; R/ o! c: q* Q1 t/ S6 h
4. {
   8 ?, d* x  Z! h, v6 G' b8 p
5. ...
   ; Y* p$ v6 C; o7 j  d
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 D* m" {$ T- B) j8 {
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   4 A. q3 ?7 M; M5 H9 G
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    / o+ @* S' O' Q  f
11.     while(1)
    5 V$ l4 w. l. t1 z+ U! m& v" r
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 L' K1 E2 k3 \' A
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    : E$ Z% p/ L  h+ C. \, t6 Z( }
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;">
   1 I: T# U% a" r) H7 P3 U# l
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" \
   / l$ ?5 L. ^& A+ J* n+ l
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . S3 u. s) `' h1 B& N( N) _9 y% t
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + G4 j, ~% F/ S* p5 R
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % b' r" `( I! C2 r3 [8 N
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * e4 ~6 O- ~; i  o, l7 p, G% p% V* X3 y
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    3 Z$ E9 L# J  B4 T
12.             "\r\n" \
    . P& u% O" S+ [  z1 e4 d2 ^3 v
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( ^. M& `5 @! `9 W! g" R- p
17.         return;
    ' ~$ A7 K9 ]4 U- O9 L9 |+ v
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" \
   , S3 e* K% \  L1 w" V5 G5 q2 e5 }
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   8 |2 V- s1 n: |! i3 F8 [+ G8 g
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 W8 t7 s# u, G5 K
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   7 s* C4 z6 I' |7 ?
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * z. V8 |/ r% k) P$ P  l
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    4 Y# P* o4 ^* |# Y
11.         printf("sending boundary\n");
    ( C% E- o( t: H2 ~% u
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 r3 m6 s" T' O' [. x, @: v3 Y+ K
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

6 V9 c" r) ]7 _% z1 t

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ T) S- E* Z& L+ [4 W. r" T

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   & s7 i5 F( ?/ o
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   7 l9 }) }$ l1 S4 q
7.         return -1;
   9 |: e& t8 w6 s4 ?5 D2 S; N0 o$ [
8.     }
   8 d; d1 @: q# [8 V1 K0 C1 y
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 H% G3 [4 X& M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + f, O5 j6 l8 f4 `
13.     return 0;
    * z1 u5 l, Z# g. n: n! F
14. }

复制代码

! t9 O7 Q& S0 B: P" x/ [! N" y
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：
5 H& e1 Z; w  F

5 ^6 |  n+ {! d8 e9 `' R; i  f! j

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & M6 d; D. o% _, _( Q% s, d
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 v6 f& K' R2 Y" H
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   " ]! y3 A% o3 V2 z) \
10. else
    
11. {
    ; k. ~$ e0 e. P3 H8 f/ \4 Z
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      M( q: Q. X2 O
14. }
    / e% B+ a( ~( b, N7 e& f( @
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    - Y( M( T( G9 @
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' P; w: i- ]- a- R
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    & Y1 m  W2 e+ a* X6 I  a3 D1 ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 B( p# k. E- \3 v" N- a, }# \
25. }
    2 W  f. i/ I2 y% p) c* P" b( I
26. }

复制代码

. e* L8 V" R8 y, A7 e+ F% N# `
5 V' Y# h) ^8 f/ riMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html