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

- M- U' v. Q3 l6 F4 o

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 w6 q* r5 J9 W( F1 F: Y1 q. O

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。

, v% `1 Q: ]& v6 L0 x0 r

; i1 P% J0 Q! 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。

  
  ! c3 d; o  ^, ^8 C& }& L) |& m+ S1 h

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。

, x" L/ T, A2 G! W+ s一、HTTP网页服务器
) p. `* z& _& e' \, 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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! I/ U" T3 E: \$ W; p- ^
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   0 ~! y  }. b% z' f, G1 E1 G
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( |. Z6 I# `  a' _7 a5 J0 H3 X7 H2 v
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & r" _4 h3 k# A* Q. A% k$ c- B" j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , G; t% R; e# T% |+ T
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' n& o/ b( d% x0 P
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 |; t+ `" T5 t: u! ^# B, ~. x! n
11.         {
    8 ?8 I+ S6 m$ w& g) c' A
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    + M$ Q% i' D4 x; x' O; N& D* b
15.     int on = 1;
    1 Y; a4 g' l7 `/ x6 A) J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # N! E- i) v5 V1 V# q3 H! w
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    * m3 j0 c3 h2 p
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / T5 y6 @/ E- |2 D* V# M
21.     if(ret == -1)
    ; L( w8 B& f$ |
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
      Q1 {' ~# s5 O, ]
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # d7 E6 c2 ?6 D
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 B, M" U; J( h& A$ U
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    1 E& M& G/ z. P) F
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)
   5 I5 b6 C+ v3 K
3. {
   
4. 。。。
   % E5 I: G0 E+ j
5. while(1)
   
6. {
   3 ^! s4 k2 d7 g9 g  j  `4 r& f' ?
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 O' z/ Y/ P( a4 [9 k* E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & \( }7 u) s3 t) }; e
11. }
    # I; W# l; D3 Y9 ~7 F9 U. K" r+ H2 }
12. 。。。
    2 O1 }0 H9 _3 N& T' Z! N
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;
   / y* m6 Y7 X7 f8 m# q4 l9 j0 Z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   & U  t) |+ ?; r4 p0 ^, V
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + C" R% w+ {5 }8 r  ~) C" U
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;
     u% H( B1 T9 s$ n2 ~
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) W7 @. \, K7 c3 S$ V' Z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   8 Z* E% A& P  D
10. ...
    ' y* T! _2 L2 z% E$ `$ }* D7 u
11.     while(1)
    7 j& @8 L& a: M. ?  y4 u2 R
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ! q- n  S1 ~  `+ _0 k
14. ...
    . P8 O2 |7 R: e6 _) q
15.     }
    2 q3 N8 {" [; X% Y+ ]" [
16. ...
    3 o. p% T& c' j+ 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 }6 _* \# v% s* t( k& P2 E
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # ?9 \) O6 D6 }) B
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   7 O- n2 [* {/ {6 E+ l4 Z5 @3 R
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   0 m. y( V4 c6 ~$ v- E
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   2 |9 D% R4 X' e1 H) M+ ^$ X' ?! }6 G
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 U3 k+ F9 w  T) R# \5 S# V6 |
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * s/ B7 ]; P* _) \: p9 F: s
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    8 F( }" V/ Y( o. Z0 l
12.             "\r\n" \
    % ~. _8 F1 ]* d/ V7 g
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    $ q8 u$ c% O  f. W: u9 }, i  [+ g
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" \
   " y( A$ \' y( w7 b8 p& @
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.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' X7 E4 Z9 V4 x* H
7.             break;
   8 k& H4 e% ]% S$ x) `
8.         printf("sending frame\n");
   8 l7 J- {. T# u& ?
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    . S0 V' X2 t# }3 @( ~4 |
11.         printf("sending boundary\n");
    % g$ Q* Y) Q0 D; _* z& e4 t
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # `% P; u/ ~+ j8 Z
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: N6 C: \2 h8 r' E* x, h

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   0 g& `0 F0 M- T% b; @+ p, S2 J
2. {
   0 q% k: t* L0 f# E. e7 J+ W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     h7 K% G: }+ d6 Q$ X3 t7 R
4.     if(*socket_found == (~0))
   # Q! ~$ k/ w! Q1 I7 ^3 T( e
5.     {
   + {6 W8 t0 H, n) C
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   2 a% q8 J( ?* |" i7 q$ [, A
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   7 z' u0 }% {9 f; y+ i+ M& }6 X* w' ~' i
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 ~2 [( g) ?- v; T9 f2 p8 o9 q- H9 w
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( q3 W" R6 J. y# ^: R
13.     return 0;
    0 n" F- U/ o3 _
14. }

复制代码

/ V5 A9 S4 i6 i1 u" d! c
4 X" J) d( ]" I7 f; y. p% r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：
; C/ Q$ Q, r, h: Z) c
) ^3 k8 Q/ _! }

1. while(fend > 0)
   , w9 p$ A% l, i, {! |0 c
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . R3 x* C* F; E" F; s) a
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   6 o. K% z! F8 ~7 v5 i0 C$ o7 ?9 @
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . \% ]7 j; o' F% C
8. picture.fin = 0;
     ~* z- F- S% j% B9 D
9. }
   ) Q4 d& C( M" e. q2 D7 Z1 y
10. else
    4 J# r/ h6 P& c- p
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # {/ U) H( H0 Z& B
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 N, b5 d- ^2 m0 A* V- x$ W& u6 @. L4 Q
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; E  D3 W5 W4 f' N. `$ o5 h% K6 c
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    8 X3 o$ T" s5 j* U4 t
23. {
    % ~5 J5 S; b9 ]; I
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    7 g/ v; Z% _* l3 a: ?
26. }

复制代码

. @" `9 G& L8 r

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