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

) t" O" }) O3 F2 ^, R

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

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。

* [) ?, z7 _* u8 E- Y: @9 l

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。

  
  9 t8 Y7 B4 z' D9 N. G! r* h: R. @$ |

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。

6 Y1 n* r( \4 m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)
     t  x& s$ t" R$ h& h
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * N) I9 t4 C* M
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   9 P0 e1 [! B/ _
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   $ C# M" H% `  D" Q/ Q4 f2 R5 Y- G
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   $ T' X& Z4 n& V! b
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; {+ |! X& I' f; V' n5 k
9.     int ret;
   - r$ T4 f% w8 x' X: d8 u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " |# d. D& ^5 ^, T5 P
11.         {
    ! s8 e; f: H- q/ g3 c" ~: {5 b" w
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 D8 T3 }; ]5 d+ x* `( Y. z' w
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 }3 W3 ^  d. A  i+ _+ s0 d
17.     {
    # g! m# P6 i# S  ^. E6 Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 L2 j/ S4 `4 w3 y
19.     }
    7 e- m2 L  Q3 K, P6 `) O
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / _1 q/ }, E) ^0 [
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    9 o& e6 T& m3 Z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 W! K; L$ D6 {  S2 i. M
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    0 `( x1 R3 B7 s" I8 b4 M6 z8 w
30.     }
    6 c  L0 s. \- l- G+ E5 W9 F2 ]3 O
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. {
   
4. 。。。
   ( }. G# `, W4 D! ^$ V: \
5. while(1)
     _! D9 W$ f$ N- M  s7 Z7 ]
6. {
   , U/ t! B8 M! d. P3 y- N+ F
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ j3 N! F3 a1 v0 x/ @' A1 `
9.     。。。
   / g, o5 Q/ F+ B# u! f+ n
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 R% ^1 r+ w# H1 _5 o
11. }
    
12. 。。。
    - ^  N+ N1 t3 x* X$ W6 r
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);
   / ~3 i- f# B3 z; ~4 O
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   8 m% Q/ C$ q4 \# X
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   % Z2 V6 W) L& t: P" ?+ t
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 w+ B. K; G* c* e* r+ T
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;
   & F7 X% |( A: J  d, n3 ?# T; B
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   9 G: G: A. X/ W) _- S& W- J
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * l8 N* S' ~6 L# ~! Z5 p
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   7 \! ]# |0 ~9 t/ M( ~) \
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   & H9 {: f3 L9 l. ~
10. ...
    
11.     while(1)
    / y' e, J5 _5 g8 K# a3 w
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    8 c7 X4 r; P9 F- D' B# r: g
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;">
   6 M+ b  ^, i) V- }, D* Q
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" \
   0 J. t9 u8 P- L) h5 e8 T& D+ V
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   8 l1 [- q; E/ f
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ ]( d- p2 C8 T# v2 q4 B1 G0 F. o
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   + ^2 s0 [8 Z. L- Q( Y% `+ l
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; c# n" S1 u4 k5 c
10.             STD_HEADER \
    ) C) n1 {6 `- e$ X% n6 h3 z
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    . q$ y6 v  l. p
16.         free(frame);
    ) }  [! |" a' c) K) k6 L
17.         return;
    + D+ M. {4 R  ?- A
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" \
   5 p$ S, t" b& _0 j. J
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' j4 Q. B, R7 K* K
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   # h2 m* _2 N0 W& M7 k
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! n" }: s9 B% q9 l
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。

, W, o7 U. V6 W6 W0 A1 H二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) ^' i2 Z6 u3 g" Z' a

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   + X. h9 _  U! W4 L- U+ j
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ ~' `& I$ D0 q9 m) K
7.         return -1;
   
8.     }
   4 L# b8 X- b  Q. O! Z/ D
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( C9 C$ y! _- `* ~3 E$ u
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' M& L5 y* |) @" h7 p$ l0 P, Q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

7 p- r4 ^( T, n' a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：

8 A1 l/ ^: T8 }) r0 C6 }

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , U% K% G5 ?8 S
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) I, ?5 _  E+ C  x9 w* y1 K$ U; d4 P7 \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : H* c2 t/ G; L% i  z* _
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   % A8 B# c6 p, x9 L7 \
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    $ ?5 G3 M  k  s
14. }
    ! N' f' l. e& u3 M" b
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 `9 k3 B7 a/ e, r, M7 h5 y4 D/ ?% J! T
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( {+ ]" |. {1 W
17. if(sendbytes == -1)
    8 y* A5 W, G1 t& y% J, c6 q
18. {
    : m3 d) t' t& {4 H, W! }/ a
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ) u3 n5 w# P: N. l) O; n
22. else
    
23. {
    % f. q- o" e% ~- @7 N' L6 g  r& J" m% B
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

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