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

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
2 |, @1 J6 g# X( T! `. O  t) A+ Q
3 ~2 v2 E8 Q5 @

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。

. g9 t0 Z  p$ N0 _1 f: x1 W

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。

  
  

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
+ ?& `0 s. \9 s7 O' G( @5 v6 Q3 W

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)
   * s6 W  f6 u# ~) J+ g
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
     H' [3 i% \8 |: d6 p# H
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) e, {* K  ^! ^- w
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 b5 F2 ]" A; A6 y" }! d
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   & e/ X4 r& g; T5 l5 q; k7 m) D% [, ~
9.     int ret;
   & l/ I" V% Y! o) O6 p4 M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ! S# y% Z; t6 r% ^6 ^
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    9 S: S! ?+ Q0 ?8 m
13.             return -1;
    
14.         }
    4 }* g0 E' C! z' Q, J7 }
15.     int on = 1;
    % _" J! }# F. G
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      t* W4 L% B' j" W, F/ G
17.     {
    : n* K9 p% @' }3 m
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 v+ ^% w0 x0 Q/ K) p( v, V/ Z# {9 [4 J
19.     }
    6 N  a1 K! @) N4 v6 ]2 a5 R, L
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # S) x/ h: K! L9 Z8 R2 l
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 r$ v/ I- e; y# x0 A) X
27.     {
    ; @0 i0 m# m1 B! B7 m) z2 s: g
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : S; v3 D4 O2 D5 r0 d# W
30.     }
    & h3 B8 z3 y0 X3 F
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);
   8 |/ B& r0 k  i; M/ a* N; a  g5 x0 A
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   : p0 V6 s( G  {$ l
3. {
   
4. 。。。
   ' g" y; z3 [: k9 ?& G+ F4 q2 K
5. while(1)
   6 v/ E, D  r/ g8 |0 c' P% Y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 g7 u; [) a) a3 |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     r0 i, |! r, @6 C! ]1 B
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ! y' R- B! |0 k8 `4 e! d
11. }
    - E4 H- k; E* U. H
12. 。。。
    
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 S! a8 h5 t6 L# }1 W8 G
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 z" u7 W9 ~/ \) @1 s
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   0 ~6 {1 p) d: a  `6 Z. ~, d
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;
   ) L: X* U3 m% G4 k' v8 y
2. pthread_cond_t pct;
   3 H8 E& j/ G) L5 {: w
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 {+ D1 W7 ~* _9 ?
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 r% H# T0 |- t2 b8 U# S) a
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    : M( S9 m. R, P: ]$ C- ]
16. ...
    2 O  |2 J; W: W( \; i1 ~
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;">
   ; J+ ~2 M, s1 G) {+ h3 g7 y
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" \
   % h. `1 y4 Z  @
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   7 ?/ G0 z, i, s0 q0 \4 D8 b
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   # h' B* t. Q! `2 K& i3 r7 n
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 h7 P6 D# {5 B  v, K
7.     printf("preparing header\n");
   4 _, F  r) M# g: {: O% ^9 S& Z
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   , i" y7 n9 T1 S7 g
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / j5 @, q) K" I
12.             "\r\n" \
    # ?' x6 i# X/ z& E. X" M* j
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # h1 _. }+ d" }7 H
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " u5 b. s# }. G& Z9 J) ^
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 j+ T- c+ H  E# P8 A
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   7 D9 M1 e4 G( \4 B( I9 a
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - _" T8 v3 r! g4 ~. R* v
10.             break;
    2 ^- j3 O: v$ W5 d5 P. R! M* |  V
11.         printf("sending boundary\n");
    9 x" d, d0 [) t0 _9 f
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 k7 h, a9 X2 [7 ~* d" p7 _+ |
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。

! V, W' l8 |" K' @) H3 Q二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  h3 D$ i' c0 ^2 A* |9 o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 ^( e! X, ?7 I
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ( ^; j% n- a# q
8.     }
   8 ?6 y7 O9 ~& K4 a
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - g8 e/ n) c% |. m$ a0 K$ F
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * h4 ?5 H" f# j7 Y8 M& {
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

( ~) Q2 S+ ]9 F/ s
0 E* r+ _1 o; t' \8 B& w0 s7 z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：
# f! }8 r1 U: h7 I8 L
  k! X) y, {( h8 Y0 L

1. while(fend > 0)
   3 s6 E, R4 P1 m- l9 y6 W, g
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   8 a* Q' U  K/ c/ L$ u5 i9 H
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   # H" L/ ~# I+ O" }' `5 s" Q2 R
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    - p1 ]/ z: g& w+ r
13. picture.fin = 1;
    1 I+ y" R! F" c) {1 {
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    1 f* I  {) {& b# X  ^( z. }6 P
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    + |% w# z1 h& P
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    & f3 |  ~) V7 R$ |# H! W  b1 a* W
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    " {6 {) C9 w/ [" o* j( [0 i$ W
26. }

复制代码

* s# _& s  |) d4 Z9 w. _+ v

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html