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

; H' L) I! ]9 d- {& b! P  K% s
; _4 |* N( A/ n

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

8 [. D9 {( \7 F0 {% [. x

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。

; K7 l2 c1 M5 p" Q# D( \, j) q

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。

  
  6 G% F0 j: s6 @; t* [. h/ 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。

一、HTTP网页服务器

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)
   4 I2 B$ I: G5 D" F
2. {
   & W* x! G" P, P
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   8 G  s0 n# W1 Q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( H* r0 {* U& S( \8 ?5 f2 B
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 Q7 ]/ s9 F( V- N3 I2 H' I
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 ]  k1 a' r- ?
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) _. q; ~3 E" f6 m( c: p2 |
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( e  D7 d% i# L& u; X
11.         {
    1 x# f! ^- Y# m( J
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    + p7 N/ `8 s& ?$ d% _8 s
15.     int on = 1;
      A, r, g1 s! P9 ?
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / n) @$ W- D0 G
17.     {
    3 b' ^/ c8 ?4 \& Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 P- C4 p/ L8 p; L4 {
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    7 P1 C7 K% ~# N5 S3 F# i& a( a
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 W8 n, ]2 S+ G7 _  a
24.             return -1;
    
25.     }
    - _' ~( n" W) X
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : f: B) c% e( ~* r- Z, k# G
30.     }
    : A0 w9 O; v5 `8 I7 ]
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)
   
3. {
   8 J* G; h# {5 l: Y7 l. @9 |
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   9 u5 K1 D6 V( d4 C7 B7 L
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * e! \8 d! n  J0 G. d
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 M7 X2 @, ^' G. w/ q4 _9 ]' p7 g
11. }
    
12. 。。。
    % ?( S1 ~7 @( R5 _
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);
     k5 U; J0 `0 l% N# o" p
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' M: n7 w. y% a+ w' }1 l5 ~5 `
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;
   3 o! n! o  z% ?4 F; O7 a% d5 ~" ^
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   . Q$ D! H( c, P# _1 o4 R! {' Z
4. {
   
5. ...
   5 y! g8 j/ `+ T% A
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - a4 h5 j7 w% }/ C/ S0 C; L
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   7 R, B8 \3 h% L/ }1 y
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   . O# u. x  D" K
10. ...
    : g4 m# ^+ e) c" A. ~7 s
11.     while(1)
      ~! T. S0 x: p9 N8 ^  d5 `6 n6 t
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    4 M  i# G  q. Z  @# H
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    8 s) v3 p; w& F7 {
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;">
   
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   * X1 S+ W) B6 v" |  a1 }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - G. i* R+ r6 x9 F% |: z2 I) _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   & Q5 n9 D/ E4 m' h' Y' n
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ! l% ?' I( h: |
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . y$ z3 x8 Y/ u
12.             "\r\n" \
    6 W/ E2 o0 t8 p; Y5 R8 s1 A
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    # G+ F0 m5 B. K' i- q) b
16.         free(frame);
    7 s% U5 c, B1 I! ^! Z
17.         return;
    
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.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   0 [1 _5 Q5 ~- u% M1 [! n' s
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 E) w! h" K2 F& A$ P- {2 ~. d
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : R2 a1 o3 z- R& v1 K8 @3 i
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) T. [2 s' `% F
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   4 ~8 g( H# y9 f- W( a0 r
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 V, E8 \1 ]0 W) I
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    / e/ j6 }, i. m0 Q, Y+ J4 H
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    7 I4 B. u  f2 _  a8 j
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " V+ s0 G/ A7 Z" I2 T
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。

) V6 Y# p- E- `1 R6 v. X9 C

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   1 y2 r! T3 o: c, g4 F9 w1 p1 Z
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' i6 B. g4 u1 S8 H
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' }" ?* @5 T2 O* n
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & X$ X1 X1 B/ V$ |9 `- x# ^* T
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + [8 S0 ]$ X; D6 v' P
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

3 u" @2 M. {+ z0 T3 S$ l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：

4 \' }7 v/ D3 V4 F6 `( z# c

1. while(fend > 0)
   9 y* N: j5 c6 M- K3 a; _( \
2. {
   # L4 _) c1 p+ l5 b$ Z: `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " n8 p* E8 e' u  ~4 l8 E
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   8 y- B; G) e/ c+ c6 i: F8 d: C! u: d% `
8. picture.fin = 0;
   7 t" Z0 I' O) J- A1 ~
9. }
   
10. else
    ; Z% Q9 t, I, `' u3 F
11. {
    
12. picture.length = fend;
    / n  b) g" T+ [) c- q* N
13. picture.fin = 1;
    $ m! v8 ~8 u  L7 w$ K3 n
14. }
    2 L- H& W7 i6 [: L" a2 A
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( r# T. K) U+ V( `# _3 q  F* D/ n
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    - g' g- x8 n$ [0 Z7 b
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ) W; [) I) b$ G) z6 h3 t$ ]+ n
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , I- I9 D, o, L, Q
25. }
    
26. }

复制代码

7 g4 {; A9 x2 u+ u4 i
9 {0 f# t7 p- Q$ `/ ?iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html