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

1 r; Z4 V0 T: T
" s' e$ m) `% G. q

9 a- g7 i" e* v0 H/ X

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
, V$ G; i8 }8 f' ^0 `7 F
9 h: E( ?5 a$ p& C! g+ H

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。

* m. W& h2 u" e

! x5 Y+ W1 T/ O# l2 H' s6 l  m* 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。

  
  

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。

) m! E" e) p+ ?' s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. {
   . z5 I. ?9 I' F, G% y2 ~* Y' _
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 ?& B$ p0 U2 @: C9 n
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # [' {) p  L/ e& o
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   : t3 ~' |0 \- J3 S: P+ q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % m  [2 Z$ u2 g3 ]; l1 d7 c
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    9 i* p" O6 |3 h0 s1 G. F
11.         {
    # W  O3 t; m/ @# r
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , v% n+ Z* [$ V& {: L
13.             return -1;
    
14.         }
    5 f' T8 J; \$ V3 Q, A
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 T- g/ _, d& |5 P. ^
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 N/ T6 Z  z4 O; g9 d$ ?
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    : L! u( s! W( f
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / I" f3 p: l9 g# k9 Z: O: K- v7 A
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 k# W2 G" }- b! A
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    3 f8 E0 j2 f6 _8 {* r* Y4 _, S
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    " o( v  s5 K3 Q. _5 t
30.     }
    " G) j( O7 X* i# k, c
31.     return 0;
    # b6 K/ b4 |4 @4 y, U
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);
   ' l$ Y$ @0 O3 `* [5 N# `4 P5 U5 h
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ) N1 k7 L* s& k  ^; @5 U, b
4. 。。。
   
5. while(1)
     G( j$ p4 l, ]8 i
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    " l. x0 L, H9 L) p
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;
   & M+ g( _! p( ?' Q, u6 l' y* c
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % ^8 U$ ~1 V- X0 T; I% 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;
   * j8 ^( P4 a3 t, f
2. pthread_cond_t pct;
   9 n" t7 Q7 Q; s# @0 V
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   / s! c9 H" F/ V1 a. ]/ E/ z# V
5. ...
   3 a' M! n6 ?( i
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 v4 r2 u$ s8 i( K3 H
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
     @# O' l' V( b" I- g  }+ C  e( L, c
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    % I0 H' d! P( q4 Z' E
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ( Y5 a+ _; O% q$ a5 d9 H+ O0 R
15.     }
    2 D+ `5 q( X! h$ d+ o
16. ...
    
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   1 T7 S' D- }' z( i7 J: y8 ]
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) M* l2 b8 `5 g3 P9 e# U
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     p! A% l$ E' r# T0 R
7.     printf("preparing header\n");
   1 I) |  x# s0 A( b
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    1 e- S- X6 M1 T/ u  W
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' Q6 z1 }0 I2 E& B3 b
15.     {
    
16.         free(frame);
    : w& z5 Y* B; k) ], L$ H
17.         return;
    / h7 k- s% ?0 |3 }
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" \
   ; P3 b) S! [, c
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( B9 v$ L* e6 G" S+ F$ L
7.             break;
   / H) X7 z4 F! V7 y
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");
    
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。

) w9 b3 M! r) G9 k

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))
     V( z2 z; O# ^* \# w* g! ^1 ~4 [
5.     {
   + C4 U, l+ ^6 x1 Z/ @
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   3 t# C: [1 m% J' K" U$ v" K* j
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' d& [- J- U( X; }: G. m- [% Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / b- h, d( h  V, Z+ K. f, x
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      x3 g* S( \& r9 O1 T7 W" s# g. {
13.     return 0;
    4 i) G; H' s  m. Z9 i. r! v+ i/ ^
14. }

复制代码

, ]" z' M5 P% P  S
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：

! \% `# e! z6 g0 H1 B  e& y

1. while(fend > 0)
   
2. {
   8 s! V" F& e; r# G: c& i# ?/ r
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - d( y! q9 p- @; i0 Z1 L4 t
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ; x+ _, Y* [! I% n+ t# n$ |
9. }
   $ ^( h2 }8 S( l/ ~+ Y# B8 p1 l
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
      O. n9 p, o, G7 y- G* c
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);
    
17. if(sendbytes == -1)
    # W9 X9 |) M. b# N- x2 }5 r, ], x
18. {
    + D$ n, O+ O) L' D  \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 B: n( ~! ]/ v( r
20. return -1;
    
21. }
    " `! o1 M9 d. s, V& q
22. else
    + @0 {0 V% p- m1 a0 x' s! N' T
23. {
    0 R. m6 z* j( |9 I& q+ t5 J: l: R& ?1 @
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 P8 o1 s+ |% c, R4 R) f3 J. g
25. }
    
26. }

复制代码

! {; B/ V! ~9 C, r) O" U1 \
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html