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

, `& [) g- |7 ]' m; J! @4 o! J
: E; N  R* x8 |/ Y* k& \. S1 f( Z

. H' t# p1 ?8 L/ e: p# P( O& K

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

1 v* k. z2 m- J

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。

: Z  ?7 }; y6 s3 L+ `

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。

  
  ' ^: g" h1 R( \5 H# n1 ^' N

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。

) k5 [" o4 M; \3 ~8 _$ t5 X( i( x: ?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. {
   ! K, [- T4 C0 T# d, r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 [$ g* h* o0 {6 k) _
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : N' [+ q- I3 }
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 S. ~9 p* F$ M7 {6 s- I
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * `6 b) l+ X- s2 ?7 g0 C+ w& V
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   . I4 c8 O7 M4 I# L4 |1 A0 C( w
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 |4 n) N  f4 z8 v) h
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ! h% W4 h7 ?* G- }! v! Y& C
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    # ]. N% ]  ?( s# |& A' b
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 G0 c: P+ F8 y/ l
19.     }
    ; \2 |9 v/ e  s; o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / J  G5 n0 F4 q- I" ?
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    : H! t" @& N0 N
25.     }
    # \! Q9 C' ?+ M* c, K/ N
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    3 B) m* R  i5 ^" |& R: g
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   ) T& e' v. X8 |$ y2 l: M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! e! R9 j+ L. J" B) e, V
3. {
   
4. 。。。
   6 w  u% J) j, C# j, L
5. while(1)
   $ y  G3 `, s0 _) D( x
6. {
     a7 K; a: |; Y" g: ?
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 d: `. N) u3 z+ N* W! p6 E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   , F6 P2 X# @4 d+ A
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ! a- B* {3 c# U
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);
   8 j5 U+ v' F9 W
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
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;
   ) M7 E3 J  M- C* w6 l
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   # h, p, M* \" z3 i; L
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   : R* D# u" Q: l7 E- S- w0 q" E6 O" {
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ( B  P9 a0 Z, t5 c) I5 o+ P
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & W( R' O( a4 }6 s
14. ...
    
15.     }
    0 H4 b7 E: \2 F: j. u
16. ...
    : h! S. J+ K5 M7 R+ Q; j" m; @
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;">
   : m1 \8 |) U3 J5 i5 `* x0 G, e( z
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" \
   " R  V( `, H7 X% K3 }+ w5 z
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 h: `0 _1 H' q" h; f- P' {+ P
7.     printf("preparing header\n");
   , y* Z% |& w, t/ \5 K
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   . n" e: ]7 y7 R  _! e
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    + W' h5 Q, Q* x, B, e. c% v
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 P4 f, v$ L! S
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    1 K$ U2 P: O) S# A* N
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ' ]0 Y* c7 s9 Z  ?) Q
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" \
   + @2 @9 c  d" X9 N
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : d' m5 c% V3 d  }& l9 V$ Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 F% |4 L3 n/ k0 i
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;
    
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。

6 b, F- O8 S& I+ i7 |; K' j3 s$ K二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
9 E3 i+ n$ d: K+ O( b1 x; x% d

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ! r6 J  t9 ?5 N: P% U6 r
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   * u9 f8 t! R. p9 W" J" H
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * c# t) m7 g2 y% Z! @$ N
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! k/ C! @0 \7 W% \+ [; a2 `
13.     return 0;
    4 W, Y; A- N7 c/ b  ^
14. }

复制代码

5 R# v: U6 q/ \, W, @* E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：
) \: A/ z7 W% n: f9 D1 }% Z
+ J' N9 M8 e8 J; O* p4 z4 c' g" N
+ P& V! ~! w7 C' }0 P

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' w* e) P; g+ y
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ G0 `5 n1 T2 C& f: `
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' |5 `! \4 H: p+ J
6. {
     l! t0 V& R9 P$ D' Z
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 \. i6 n( M6 j2 ]* ?
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    # {$ m2 k" a8 d; w7 V& d: M
11. {
    ( [* o' w9 ^8 l
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . A9 Y$ r4 ]. S; h8 i
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " W) F$ T! Y4 m" l3 H9 U8 m
17. if(sendbytes == -1)
    / O" B. R$ H' [' F5 m
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ B7 _: n' J' C# n1 q
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    % o* e% \* x( k" ~3 j
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; Y+ ]/ u: s% @! L( ~6 E! u/ @  B6 Z
25. }
    
26. }

复制代码

6 g5 n" D8 D2 |/ Z6 L/ F2 j9 m
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html