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

3 N# j; n" D4 O

, J3 W) M5 ]. T5 E& n8 h

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
. ^4 f- \- [6 m; V
# S" ~( T0 T3 K  E! p6 w6 v

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。

( R, E& ~/ H. \: b  d7 {) s

: i! L; N  A  i9 t! H

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。

  
  1 X" s3 B% p( {5 ^* c  o4 w

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。

. s8 \! c% g  b; l一、HTTP网页服务器
- d8 Q9 `3 h* ~  [

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)
   1 g) r& y* n3 ~# b2 \, _( _) k
2. {
   , X& g, W3 V8 Q; L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " }' l5 c' R- \2 V/ m
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     J; y; P  ~( m/ [
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % e: p# w: A3 p9 a) ?5 ?
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # w7 p+ N+ J" a/ d" s
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 n- J) l5 y  \6 I
13.             return -1;
    9 W7 `1 p. B' ^4 A% S/ y$ C
14.         }
    ' G! I% a* p) q$ u% y5 M) l
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    % _' N: }4 N7 l' ?
18.         printf("setsockopt error\n");
    ! b- T) z  u7 q2 p/ ?6 Z
19.     }
    + E- ]" m8 E7 H& S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 e+ O; t9 n% \8 v' a. A+ ^
21.     if(ret == -1)
    ) J8 \/ ~3 f* F# E+ R4 I
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ( C1 I+ T2 J. u) `
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    " h! U' _4 d" s4 d8 b# ]) c
28.             printf("Listen failed!\n");
    * V& q+ q! k( C, N
29.             return -1;
    ) N" X' E, W' z5 [
30.     }
    ( x  Z4 q' U0 K
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. 。。。
   # O% x6 n- [- I) M+ c2 Y
5. while(1)
   % g* L5 P$ f' M' u, z" g5 V! P' j
6. {
   3 V( q3 A% K# ]5 d6 Q) R
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);
    2 c+ y$ k0 T, w  U5 M
11. }
    
12. 。。。
      T9 l1 Y3 q4 r3 E
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' C. N" Q( u) P" t; C' c
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   0 D# V% k8 B% m3 J/ R! e4 \
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;
   + D: q+ Q( ?1 P' t- x0 _6 q: n
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   . K7 p( ^# D5 A4 o
4. {
   5 u/ L- F; q4 h8 `1 b7 N% D3 B; `- `
5. ...
   % a; F8 N4 Z2 @, _  d! f6 H# i0 W
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; s8 V9 C6 a+ }; Z" [% {( ~
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   - {- M" A' z5 [
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , \$ r4 i2 _, p, o4 w3 ?
10. ...
    
11.     while(1)
    5 D" l: O# I+ n$ x" B1 o4 B/ N
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    3 k2 J: A' _% B0 F. X; s
15.     }
    
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" \
   9 c' }/ i9 q( ~% Y+ {: S
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 @4 c  A/ v: i# t0 d7 r) g
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ; z- k; v+ p! w) s7 Y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ W. M+ m) z3 @8 R3 f
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 q6 o+ q: z, C4 }; R4 _' ?1 M
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ) p1 k. O1 a2 \- j1 [& O, [+ C
10.             STD_HEADER \
    . v, h4 H, I' r- m
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 @% R% s" N2 |2 Y# I) t
12.             "\r\n" \
    " ]2 O) f# y  C4 e, w
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; @6 b0 Q& y2 k: \& y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; J# j, s- J: ?0 }0 f4 l
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ' r0 g: {) z5 {! f# Y; s
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" \
   5 R* m! S" ?' `' j0 a7 {
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   $ B( T& P" c- h; ^
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)
   
7.             break;
   ; f; \  [* ~: |
8.         printf("sending frame\n");
   , b9 K# H' f2 q- \
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ {+ h5 T" M: e. K, E
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。

0 `2 @& h7 E9 d3 n8 ?* {

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: g4 z) R* _& z6 |1 J

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   . r/ W- x7 }% A/ I" g" w+ k
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # ?. H5 V2 p. d  @
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! K. D# A; O# q1 X/ j$ {- D2 K
5.     {
   ; u  A3 {# V& m9 Z! R
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 K8 j/ T. R" ^4 V! Y5 n. m
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . L: v( m$ y; T8 R' J2 V
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ' n3 s: I. Q- k! E5 y( w
14. }

复制代码

- H' Q, U7 M0 i  X. 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：
$ U. ~6 w+ c6 z8 c4 v3 `
) N0 y9 H& i. a2 w

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ w" v7 W8 w# E: `, n5 ?0 a5 P" Z
6. {
   . M; S7 p5 j% K3 x* Y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   " ?- B' g! O0 M5 L9 x
9. }
   0 k% `% M+ z0 N7 F# o
10. else
    : _: l3 B* y- S" c2 t/ Z6 z6 J
11. {
    4 V( l$ P$ F7 l2 p0 f
12. picture.length = fend;
    . [7 y8 w: ]; L( t# [/ c1 i' U
13. picture.fin = 1;
    4 @6 r/ ]. u  k* E( Q
14. }
    " P! C& N5 _& F) j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      Y5 b) j0 a. H' y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    0 Q; @, y3 ~, Y
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 ~  i) I/ z& j( y3 U! L1 p
20. return -1;
    + [# Q. o- I' u
21. }
    1 ~: T0 P( m) w5 G+ g  l0 I
22. else
    3 j7 J4 R0 R2 u
23. {
    + E+ s. P& S( ]2 S
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

' _5 r6 K# N/ ^+ ^% M
" ~$ [: i; R" q4 S- g: Q; w

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