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

' o) @3 B, B* k% {( u- G0 D) b
2 `, H0 Q4 @& M8 I; l& T/ k+ e

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
* S4 v- Z& [! 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。

& I3 S& `, ]; u% 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。

  
  

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。

- y- {) f* d6 x0 \' {) J一、HTTP网页服务器
$ c2 c0 [6 s% L! _, F/ t& I

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)
   ' [: C* K4 m+ v7 k
2. {
   ! m( K1 d  P; ^4 \- f' _
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : b# ^# E% \) N$ U+ m
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 u# \5 f9 k6 m- e* N5 l' |
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * M: F9 v4 D& A# ^, F1 U2 ^
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   8 c, R9 G4 k7 O1 ^+ c# j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ S/ A$ M0 ~  A, f- F
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    5 X3 G% y' C0 u6 h
13.             return -1;
    3 O: o( [8 P# N' J2 v3 f. A
14.         }
    
15.     int on = 1;
    0 R" B( r8 S$ U
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! |: d7 i8 x, m6 @- s. @
17.     {
    * K9 z" S* j5 f0 E4 T4 w
18.         printf("setsockopt error\n");
    * o& v' w) U1 L! t& ~, a3 y
19.     }
    - G6 D) m5 a8 c% }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % v' H: [, E, x" P# q. R" [7 D$ m
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . ^8 [" k1 l: U
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      ]+ A  N* S9 N
27.     {
    7 d- h6 s1 z6 M1 ^3 d
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ) L5 V& @) T# O6 ]* @; l) }8 [
30.     }
    . @* v/ P& U0 ?. i6 V
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. 。。。
   . q6 b8 E; s- @! l, f% j
5. while(1)
   * H7 {+ f5 x$ [0 z! l
6. {
   6 u! s2 ^$ G4 o* A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & y) [: F8 s& w- R7 u* I5 Q# ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . N3 a5 [* Z( Y" _+ T2 e$ m! t1 I( k! R
11. }
    7 a- Y8 G! K( r( N4 l1 e
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 n! t( ?' g& y8 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   0 s+ l2 M0 u7 H, u5 }
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 j! h( p4 i, x! v6 n: V
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + g' K- {4 p1 f4 {, |9 V
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;
   ; s  F0 f8 v% k8 P
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   % A$ b0 p( O+ h3 R$ V
5. ...
   5 ?0 Z9 K' v& L1 b6 O# k9 [
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   $ @" p/ G& S7 L
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)
    
12.     {
    6 Y1 P& E& Q7 B7 u0 p; g& a* l. H$ |
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + ~0 X) A+ \, ~1 B4 |% {% w6 P: q
14. ...
    ( X$ _9 E+ ^3 {7 k: X6 p$ a6 U6 H
15.     }
    3 f. y! W3 \# W- V
16. ...
    ( [* s, q2 C# K- J0 _: t
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;">
   # F) ?, Y7 `. G- G
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" \
   & p+ s/ P3 r8 v( i, z
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" \
   # H6 C3 n3 N# C5 X
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   & h' U/ t5 I& K7 G/ p
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - t  W3 l0 S( J$ b2 r/ E
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   3 P) X; L9 `) K' Y
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; k9 O; u: X. ?$ B" b6 N2 L
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : V# ]6 Q: u- s$ ], l3 M
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ' [1 L; q  M6 x! u! C2 S* L
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    9 w1 ?4 f  p/ A& z9 X% g* X
16.         free(frame);
    9 x1 t+ ?. w) i
17.         return;
    ' H0 I1 J- W0 _  \, u3 m
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" \
     V* [6 k: a$ J2 R4 G
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . B+ N, W  L, h0 {9 J
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & r5 \, `9 c% `8 {/ s2 c+ F: f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   2 R: w7 w1 P5 @- b. @9 \3 M1 h
8.         printf("sending frame\n");
   5 F3 F/ p# m3 K5 B+ J
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! t: g; L# Z7 P* i/ T7 y5 Z
10.             break;
    ' O! t2 t( `: _" @4 Q' l
11.         printf("sending boundary\n");
    & `. U7 \; e6 A) G' U$ ~! W  r
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / n  C( B( [% J. M& E8 U. u) W
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。

" k$ t, |  i2 `% @, i( k

+ o* b, p' s; n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);
   3 K( h7 y9 k8 b+ w) i' X% z7 f
4.     if(*socket_found == (~0))
   / O7 @8 k. B3 Z6 C( j# Z1 o
5.     {
   9 v" t: i9 J3 j$ q! U- l3 r7 p
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - z2 }; L, ]3 s8 h1 B/ L& ?
7.         return -1;
   
8.     }
   $ d8 E$ O$ ^6 D/ \9 L7 l9 l) s
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 T: D# i4 t7 x& m0 k+ h$ I
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) I3 w8 ]! w% B& q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 R: U+ h2 _6 f/ p
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    " E4 B! e8 R' a$ r. t7 v; q
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：
) ]$ ~! P! J' d' m0 A
& k* Y3 t5 O! m9 [- S. l- R
9 }2 _% l# ]! S9 o& S

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : X* P/ J9 N5 T( r9 Z" I
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   % u: y! x* J2 J, P1 c" K& d% ^
6. {
     N" Y8 u3 Y* g
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 u2 k3 f( R: J! Y
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    - x; \( f: `, z% L
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    2 G7 z+ r2 ?+ {( `5 N1 Q
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , h/ H" H' w0 ^4 ?" j& u! Y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; n7 Z: j% H9 F1 {, K/ n6 ^
20. return -1;
    & V4 b8 C. N2 Q$ A$ i9 U
21. }
    
22. else
    % t, @4 ^+ Z) {" _
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

1 J2 G; W# v+ N: s! n% Q
3 P8 [3 d" h/ n, ^4 {* f. e! MiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html