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

6 C( d5 `3 p7 _1 R8 N1 A5 f! D6 y

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 q0 x! w* G) a. N% R

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。

" [/ F9 E0 Y1 h% 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。

  
  % D: E% d9 U9 x' Z2 S4 Q

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
, U6 S" V6 ~: P2 }6 H

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)
   % d' g* f- r2 v% [+ ?" @
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , }) Y7 z# o1 S/ i) v& F
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 M9 w3 W6 G5 e+ ]* f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 O# V8 J- J2 I& P) N& M6 a9 T
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    5 o: P  d% ^: {& M% J# \
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 P  S) }2 H9 B  a4 X, v" b# N& r
13.             return -1;
    6 Y, L/ n! U, c* _7 g4 ?
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / |! \7 Y! Y6 l( k, w# ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / B% E' {  `/ }+ j& B, q) a4 p. M' k
19.     }
    % F& V. p0 l- F8 }& @/ o1 o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 ]+ \8 m, V8 K6 ~0 w$ ?2 L
22.     {
    ) S7 a  ?4 g& R1 d: F0 w
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
      Y) k) K8 {" H9 `. `
24.             return -1;
    
25.     }
    2 |3 U7 T: ^9 W2 G
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , P; u# J- _& w5 l5 O3 q+ b. {7 H
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    - G- F4 H* X* @- Q( n
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. 。。。
   
5. while(1)
   * M' R1 Q0 N: x% H5 V: M# M, `
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   . p7 c' z/ l& l3 d
9.     。。。
     R6 J6 f6 r8 Z8 X3 H1 N7 u
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    " M9 q# S8 e; X( a8 }$ P# ?5 G+ t& W
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;
   6 h% j+ T1 \: p! b, k  }0 I+ |
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   + c0 N# \9 K1 C+ B
3. int main(int argc, char* argv[])
   - W( j% n4 Q7 E! a& \
4. {
   5 t0 h: A  \: x! p9 p: u
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ n9 O5 r+ w% N1 W" w  b/ R
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 f4 S- w  }# }! z
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);
   - I8 Q4 O8 j6 x* Z+ X4 _1 m
10. ...
    
11.     while(1)
    / V0 W) t3 l/ Z4 D
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # M' `' D0 Q. I$ M+ ^+ m. M% a
14. ...
    " d7 B; ~( x' f4 ]) @
15.     }
    - J4 w2 U& C5 X! @2 t  W" R# x
16. ...
    9 u9 Y" u, A1 i" _4 n
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" \
   8 z$ t% w  }5 s* A
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 ?; E8 `0 R# \2 b# ?  m( M* a
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" \
   $ V1 F8 r, O8 X* k2 l5 k
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; H$ Q6 f) _% y/ C: F
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   9 @) I+ `0 i6 T  e: t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 J3 X  h" B! B, v  P+ n
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + d3 ~0 Q! }% Z) H4 i& }4 p% p
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    5 u5 E: o* A$ C4 O3 l$ Q
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; C! B) n& E: h- P  J  I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    , P  H; o) |& @, J
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 f% T; c  P; k, c! \+ M( C, S
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   # |# i. h6 ~5 ]
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " o+ w% n' |% n7 d" ^- V+ [
11.         printf("sending boundary\n");
    % B6 n! M0 A$ N# |" @) t5 A3 F
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    : o" f! ~$ \" m( D- X
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。

( h' q9 [8 [! x9 l# q* F

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)
   : n7 j5 o- R; _4 @% ^/ n5 X9 r
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   - \, ~* Z( Y/ B- B
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   $ Z/ b4 _# d7 j
8.     }
   ! U: D7 O( i  s, T4 g# ~- D
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " v1 C0 a7 F$ Z4 s& j, K
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! T9 i# j/ K6 p! i  [9 M. H; `9 p
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：
( G  @# F2 E: @: K0 P

1. while(fend > 0)
   + K6 c% M# b9 N; l( w
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ f8 d* K  g8 j& y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 E1 F! h: H# y3 M, C0 [
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * ~9 j/ _2 Q: p0 O8 P' z
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    , F) Q  P2 J/ g
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 }+ p2 P% m* p, B
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . ~; L& |2 k8 a
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    3 J2 ?$ C# {( B" ^
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 }- n) }6 Y2 z3 }9 V1 U) v, ?
20. return -1;
    9 Y( a+ Y4 I' S& u) j, s+ a
21. }
    
22. else
    
23. {
    * D% a7 p4 Y: n% P1 o
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , H% |8 F' G0 p
25. }
    7 i# h0 P# U# u
26. }

复制代码

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