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

% N( v" z: y# w' g3 ~5 E; V

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

2 ~5 y9 i  {- q$ C

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。

" |: ~7 \+ i! H. V1 y

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。

  
  2 g" W. p. r2 P; P$ u; R6 J

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。

& P6 A! h" E: c% n$ a& d一、HTTP网页服务器
4 f' i; {  J8 w/ S! s; Z. \

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. {
   # v  s" K. i' D, ?  y# G
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   9 I. x% }# d6 ^& g- ^
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   1 d& o8 Q& b2 T& z# [# S# V
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % F$ _* X9 d; x0 P) {1 d: \
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ! j' J. X" u8 o; e
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 Q, q* Z: m$ N+ x+ ?
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! k  Z: X4 {; {- \  n9 {
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 U- h7 M7 }: N) t+ ?3 c
24.             return -1;
    ( ?; L+ d* `9 B% M0 H9 X! Z7 n6 Y4 K3 s+ s
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    / V, V1 e. U* ~' i4 y3 e5 @
30.     }
    4 a) L. o, c3 a  J+ N
31.     return 0;
    " m: y# L, u0 k* c- l/ k" ^
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);
   4 m/ l7 D4 x+ H6 v/ D- d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 u) F2 U2 {: X+ c0 H- z# C
3. {
   
4. 。。。
   % R# M3 V: z2 [, k8 d
5. while(1)
   
6. {
   " r$ S' x7 [- V! g/ ]0 S: A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ( `& I  z2 @; D+ ~! S8 h5 Y
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   + c: r3 W1 w3 [2 Z8 C, c
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + |1 @3 `% s; O; q" P
11. }
    
12. 。。。
    8 Z% r& o( l( o2 s5 Z' R8 O. {! I6 J
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;
   9 q7 Y' _" K& ]4 j; v0 t
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; L. v$ f) y7 ]2 z7 ]( ~
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 Z! ?6 f) O% R0 h# d5 T
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;
   8 }6 Q8 v( m4 v
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ) u6 j2 g) X) z7 h  d$ H
5. ...
   - z9 d9 d: U" [6 _7 j
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 c, E) C" j* X" e# p: b. z/ e
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : [. R+ q6 `! e7 t$ N: p% Y
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   # S9 \0 X& H1 a- d# ^' Y$ z
10. ...
    
11.     while(1)
    ' T% U5 M  Y  b# `- d
12.     {
    8 w" Q8 ~  Z: Z9 @. S, `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ) n' q, I# W3 D9 }/ ]. d" e
15.     }
    / i+ B1 c& u( V" N
16. ...
    % ~3 y% l7 k8 n, l3 e
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;">
   # `1 `) ?  M6 E/ q
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   : W6 g) I+ R6 W* T: V
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   5 R' H' z$ i4 d/ B' }( _! ^
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( @, M6 F" h1 Q3 z+ ?, a
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; f% t, Y" \6 A9 w  J% [2 B3 N* b
10.             STD_HEADER \
    , ?; [0 `1 h3 f; R  ~7 M' @) ]
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % e, z3 n# K) L( U4 |* t
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + \$ [$ _  w: m5 h
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( k) c- P) ]) c, _7 h
15.     {
    
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);
   & {3 ?' s- j8 Q* ?
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   % D- f2 }1 g' R1 q1 @
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   . h* N  C. Y# @- }
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    0 T6 W& T1 r; x8 Y- o, t
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      \; x6 b1 q7 C6 Y9 n2 p
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # K7 C, r; T9 c3 R  S1 C' H
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。

0 j  v1 w# t# g- [6 j二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
0 [5 c6 G" S' Q, l& W/ H- B2 s

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   6 O+ H. d7 A& }6 }% s# e9 p' O5 E
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; O% |/ E! W7 D
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) D) [( n" g+ ]% `$ d, w  m0 |5 q
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);
    + R8 u$ w( [7 F
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

0 J0 J6 o$ I+ a4 ?/ H/ l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)
   
2. {
   " l0 Q: {( I  }! e/ F
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    $ C' [1 t( V1 `/ A) c/ W- b% ~
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    5 O" t3 E( S1 F' s2 K, m- b+ v
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    / S0 s# x3 w+ B8 G% _
17. if(sendbytes == -1)
    . c6 q6 h1 v' y2 w3 V2 g* N
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * i% I' y: O0 J
21. }
    
22. else
    
23. {
    / c# |* i/ Q5 l5 _7 V: K
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    9 n" g# q+ w  l% a9 U) ^" p+ ~* S
26. }

复制代码

$ c- [1 N! A0 |: r- k

' `) y; d  S% m9 A9 U) J' F
/ u6 O, `' k2 d1 HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html