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
4 A: R" j0 ^* ]& W; ]
. ^+ K- `) K3 u4 N

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。

/ c6 O' p" h5 G" P; H! `: 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。

  
  ( R/ A4 f( W% i

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。

5 v* ~  O0 z& s* T  i% u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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * {' G# C  @1 |" u9 i
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 q4 d" m3 S& Q5 }  q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + f$ b' W+ |" J# V, T
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ! V  r' a5 o/ g- J# O
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   & G  P& e' Y4 d/ g6 z4 n" x) ]7 \; b1 B
9.     int ret;
   / F9 H# i9 F0 \& W
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 @2 E/ H+ P  w8 ?  o7 W3 G- x& Y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 g) X- {9 w! s, c0 m' K
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 h1 l0 L8 [! @5 Y" s5 f3 b; f, h
17.     {
    * H7 m0 A# y$ |8 v+ Z* l3 {0 G
18.         printf("setsockopt error\n");
    / ]4 c% H! }4 O0 f6 Z
19.     }
    - T7 k8 R; f4 Y7 Z9 |
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / |: _5 O; x1 F; C& f6 u$ ^3 Q1 I
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 C8 O2 F6 [& {. C2 ^
24.             return -1;
    ( L6 @- F) Z3 G  C( b
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    0 w' p# X" h0 Z# p" v: x
30.     }
    / o2 X  e' F0 Z
31.     return 0;
    2 ?. |4 X3 U/ a2 [" \# I
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. 。。。
   0 H$ r4 X, ?1 \. h" |4 J
5. while(1)
   % {: o! p( [) I4 ^
6. {
   ' V  a( r* O" _% A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ O: w3 B: Y! ?
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   ! ?) y- R) M0 k5 R8 G! T! E* ]
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   . W9 Y2 i8 n/ H5 {
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   + e3 e8 F+ F4 h: w
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   / J2 Q- T# C( \4 G
4. {
   
5. ...
   * t% _2 D) C  ^! h0 h
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 Y: G$ c' x+ A7 X
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 m  L: F+ t2 B( w
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    8 M/ y) c2 c; ^, E! O
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ) K8 Y( o5 i4 K  A" r
15.     }
    
16. ...
    9 [2 L$ X2 g/ W" A2 Y
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" \
   , J* |+ r/ q" V$ B2 q& {
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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 X9 ~6 t/ L8 n% M+ c0 K0 Y5 m
7.     printf("preparing header\n");
   + ?2 n: g$ @: w( ]
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 g2 X1 D, `, @+ R9 \* {
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & k' O1 n9 z. l7 g& |
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' }* k! j6 c% x( d) X5 W
17.         return;
    9 D& }9 f# y+ P" T
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);
   7 F5 q5 v+ b& p: m
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ; r) u9 E7 Z8 Z
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; |( l) Y& a2 c) J0 x2 \" @
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。

7 M& y2 i, U; D

, j0 T9 ~- C1 w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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   3 c$ e* o4 Y& Z/ x, v
7.         return -1;
   
8.     }
   ( E" I6 s* d: h5 F" X/ l! r: e2 X
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / R. S4 V# }+ ~2 x# I( w
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

: Y5 q: j' N1 m9 g$ F. P: O. w% E$ r+ \
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：
# C# K( U+ O' |4 O+ p5 r

1. while(fend > 0)
   % [; {* }- F2 i6 R" ^; e
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 J- C& J* s: a: q% o/ g$ Z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ C+ W. j2 j4 ~" t' q$ @1 A( K- U
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   % m' a% h+ H. l" d8 c  T0 U
9. }
   
10. else
    
11. {
    2 [  S2 H# m) v$ j, [9 m
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    - W5 e9 u1 k3 A3 ]' H
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . s/ @) |2 R5 P8 ?( d7 c! _' Y3 {
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 G+ M' B) f# N7 T+ G, W
17. if(sendbytes == -1)
    8 p9 J5 g. x5 C4 Z" E/ y
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) c$ U$ h( J3 t8 A, j$ ^" ]" Q
20. return -1;
    9 V% G& K: h7 L! s; S0 j
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

7 e4 K7 C1 M/ r2 k* P
( [" ?( y/ w/ S4 g; _' `$ g. n

; b$ P9 Y: j  X% g+ o/ E8 DiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html