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

8 D( n" ^  `! g: 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

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。

- x$ D2 K* t  Z! k

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。

  
    d9 G+ m! m$ O. t% c

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
) ?; m4 E8 a- O; W0 N3 g3 k

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)
   5 V' r! A3 c" B; @
2. {
   3 A+ y: `3 u6 y1 a. Q# q8 B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ! N# z7 J% S2 a
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   % j2 G  L  e7 Q( ]# H& k# t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 H1 ^0 c5 `2 Q" o4 z7 E/ C$ u
11.         {
    # l) h3 V4 ]$ h9 q0 i
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    0 W, u. i6 f. J/ _7 P
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    + `. S' X+ ]& L) a( i1 e, u
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 P$ F. C, u$ ~
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ' f; c8 O$ s9 t' h% o
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ! l- n% s/ k2 X- p
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 s8 V3 [) z0 [+ [( l
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ; p- Q; k7 o- @% i: _
30.     }
    % y2 o0 F4 Q/ ^+ m5 d5 n
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)
   + x8 u: U3 a) C* A
3. {
   * k3 O! p7 i" o! |) [
4. 。。。
     u5 I) S) c6 H" W1 R: i9 D
5. while(1)
   - E( r) g- x( C3 p" S
6. {
   2 w; c! Q. M2 B9 W4 _
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * N$ g; E2 n. _8 U% k1 L* P
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);
   , {9 T2 H2 X% Y; ?
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . H% u+ M9 ^2 B' N# l, J
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) e1 W) g9 H5 Y
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;
   9 u; g" H$ X% h' C# g
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 w6 o6 l  ]2 c- G" Z' r
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   0 U% ]" i3 r4 w; g
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   1 s  m7 V3 }3 S& _: p
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    ( `" q( p% g" v8 O& G
12.     {
    / O% U( A7 G4 A
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * ]# b3 k: a$ D. l
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    1 v: |4 L3 a# C
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" \
   * i! z2 M. ^8 l2 T$ X# p
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   8 R% l% e/ `# K; l4 c) i
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 p; U/ @* D; G  O+ Q+ g
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; D  X0 }& G: a9 Y) Y5 z
7.     printf("preparing header\n");
   - _# _7 v) b# S2 l
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ) u, ?! q! R  @; ^  m/ ]0 b! S0 \
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ; z, P5 n7 p% T
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; |+ p. S' \2 ~. P9 ?
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    / F% g, m% l% E& y4 F  h) W2 u
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" \
   5 L" w& P9 Z( X8 S& z4 Q% A1 i
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   : r' {5 L/ ~- X6 j6 f2 C% q
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + U. D8 C9 q: O: h% z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : Y9 C" T3 W. T, w. k5 _; h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   8 J) B5 X7 h0 T' p6 D# X1 r& F
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 Z+ b; S$ |/ o6 W
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    3 A' M0 V; ?8 Y# F2 d
11.         printf("sending boundary\n");
    5 z0 G/ T  X* u  v6 a6 C( J1 S: q
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 Y3 _# n3 j2 r. j0 V
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。

. \+ [% q/ [( Z; W. c5 \( p! r8 U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 q2 H) d+ C, q- t9 R7 e" M# J
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     I3 K$ D. |  R5 \
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   5 \* [% o) U: ^  E5 ?5 }1 \
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * ~- y$ n) {( Q* g0 t
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 ]6 v, Z" x0 W6 s4 [# u1 v: z
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：

1. while(fend > 0)
   ! l+ X4 J5 I: x0 J! b
2. {
   4 I; L! q4 n) T& A' e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   - Z, q) D0 a& Y& Y4 A
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     x; U) O0 s2 C1 z$ X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( X) B  e) e( g6 M
6. {
   4 `- Q' y1 p6 Z5 h+ {7 R* G, M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . X9 U/ w6 ]) M
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    5 n1 n: t7 W6 d, k/ Z2 B' q
11. {
    - u8 k6 x8 a$ [: `
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 T! h/ c6 [. M' n- p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 Z+ C6 `7 k* K8 {
17. if(sendbytes == -1)
    ) v; E# N; ^( q9 V2 X
18. {
    # C- ]! K- h2 z2 h" ^
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    . s6 Q0 ?1 F+ c0 q9 E
22. else
    4 \/ q; f. u4 g8 G7 I
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    + F4 y8 ^4 ]  q6 d. O. h
26. }

复制代码

( k) M) h) \/ e  o+ c, [' k' k  T8 J* U
7 v7 z2 e4 [# {2 S6 @1 a

& p8 U3 P. T9 V2 }: x" [: S4 }) w: p
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html