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

6 K9 m) _3 g1 L* n

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

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。

5 @6 R  }/ `6 ^7 p

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。

一、HTTP网页服务器
/ r8 H: a" n! m: w6 T: m/ R5 s

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)
   ' u& A  Q& r+ j% H, x' n
2. {
   + r5 a, N/ ]* [' h5 i+ G) u9 p. j; G
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 P( o1 K; T, E
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   2 `& G0 ]  g4 f" h
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 `1 Z/ ^/ x- K
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & X- ?3 E, {/ \/ B2 {% L+ d
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   " E' w% _/ \& p: Y. P% C
9.     int ret;
   4 m* |8 G7 K% s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ' i1 w0 ~! H( r0 }' I9 L- X
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      e4 Y1 J3 R. D" ~/ n
13.             return -1;
    $ T: _: U, K! i, [& S
14.         }
    9 }+ q. U4 Z% p1 X5 m  k7 I
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    , G. C6 e3 z0 O/ K; Z2 P9 Z
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # ^3 }* m3 |) s1 V+ q
21.     if(ret == -1)
      B' l( O, D2 E+ `  Y3 Z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # s9 a! T# S8 q6 ~0 {" R
28.             printf("Listen failed!\n");
    4 N( c& |0 C/ ]- ^7 y. a
29.             return -1;
    0 p+ I2 ]2 e. J: v/ e- e2 t
30.     }
    
31.     return 0;
    . J1 W* q1 p$ G/ L0 Z/ n' m
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. {
   / x: ^8 z) g1 z0 ?% }/ o8 c3 Q
4. 。。。
   2 K$ L, P; I1 \; F
5. while(1)
   # Q# j* t- n1 b( J" H
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - S+ t) r8 |! h& v, t# G* @) E
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    % X% V( ^9 R- U( P+ }
11. }
    . {- z2 P) v( N1 y8 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);
   ! P6 B$ N; a0 v9 x  u7 h7 x# c
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + u5 I. C9 X3 f- _5 D0 Y
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 C6 C' y, u3 m2 k$ l
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ; l" X) [+ m# W, S( ^& g
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);
   1 V" X& @% B5 V, j1 y
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   * d( q/ H1 A  o* G0 @  q; R6 Q
10. ...
    , _6 @1 r; ?! B/ H
11.     while(1)
    
12.     {
    ) r* c  v; ^  R$ S
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ( z& o# v, z# W0 x
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" \
   1 P! s9 U. v' M3 d- T
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   1 p7 T3 g: x! ]8 }$ a/ [
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ' ?5 F7 C/ E5 S6 |0 [1 D  J
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ) v, ]# J4 z' ?9 h8 n! m0 t7 S8 \6 i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   7 J! S4 d$ k4 s: i% J$ O+ A
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ( ?, B5 \, c3 F
7.     printf("preparing header\n");
   1 G( \, `# N1 h/ K
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / b" r( Q$ }% {- X2 ?
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 d4 I3 U9 g3 P* W& x( b
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);
   0 C# i! [) x- Q* f0 |8 e
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
     ]1 _8 u2 K+ [; n/ Y* Y9 a" r
8.         printf("sending frame\n");
   4 \$ o! X. N# X* L9 v* |4 e, S
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " r3 z, q) i, B- n& p3 |
10.             break;
    5 Q& a- {! M/ x4 _/ ?* T
11.         printf("sending boundary\n");
    4 O) I$ K5 n$ \, 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。

! _" z" p0 n; b1 n6 s6 y9 o二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' l4 E- z8 i) x, _! J* P) y9 b4 @

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     h6 P- _7 Q* i. k4 _/ H
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ( L; H/ t6 N# w! |" `5 t. {) l5 i
8.     }
   ( ~/ T; N4 ?( u0 y0 C8 `9 r4 h
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 N: E) p, `5 W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # R; t* O, X' r# m5 {  S/ O4 J
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . b* m$ U, s; Y; f" {8 f# q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

  V4 p5 e# ~9 w) I- b% v# e/ J# I
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. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 [; B  b* ^) i; e# O0 O
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . l! z$ y# ^  _  U2 n
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    - Y$ b& v- d- q& Q, y' z. a4 j
11. {
    ( j$ q" r7 [* W' }  x: N  h
12. picture.length = fend;
    ! i% |( f' H/ K& N5 Q2 h
13. picture.fin = 1;
    " B9 m1 o' N! z) T. y' L( L4 ]- S
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : _- ]) ?& \: L
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");
    
20. return -1;
    
21. }
    ! I+ M& ^$ [& Y/ q6 ?- _3 s
22. else
    ) d' B/ R, S( p+ N) r, z
23. {
      L3 D$ r- i+ X) ~
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 W0 u/ l& g2 j8 a9 E  E& Q
25. }
    0 C3 F9 ^5 u. I3 {" T
26. }

复制代码

. w* f4 b9 G7 |: i5 `/ E

9 @+ \8 D# |0 n: S" f  T
; g+ Q4 N$ S, E) siMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html