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

  v  l! d6 q& c/ o
$ U- v. J  O! S! a

; _* J8 p7 x. \, I# F

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
( T5 J6 p0 S+ v- 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。

* ~! M6 s: X0 S/ c8 C

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。

0 @  G/ T+ p" e; c( d一、HTTP网页服务器
2 G0 ~6 j0 W6 ^  n* G* S7 k; a

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. {
   & q" M4 m9 j6 `' `1 P7 k) I
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; @3 B. s, [$ t& S+ b" ~6 _9 @- p
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 k1 G7 g: f1 m8 `: m8 Z: u$ c" _
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 x% ^' Y- K, |# @! H( u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 W+ f& P/ K9 c; B
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   . u* }5 ?" ^# D% s4 c; n" A
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + ~, \- q( P- _  o
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    # I( O. x" n0 q7 i% ]
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . g4 g' _# X1 F! y
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    # m& |, I/ [  s% O# l) |
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; ~$ l6 w) B- H# c: w5 G
27.     {
    ) H0 S- C, ~! S( p
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);
   ; a& |; B& q2 @9 m- G
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     b' U3 ^% e% z$ q7 W+ x8 u
3. {
   
4. 。。。
   ( t& g' \1 Z4 E5 ?6 b  I
5. while(1)
     ^7 f& ]! P7 o: ?7 k
6. {
   5 z" M) O5 g: V8 ~/ q8 g2 E( n
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   8 p) {1 _. V9 C# I1 k8 q5 H
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ; `  }( B/ c5 v2 x- k$ G& A8 {
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);
     ^- k0 [. ^% T
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     Y, ~% B; @* l
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   + y$ ?% _6 k( k2 s1 p8 _: Z
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;
   : |% V6 T& r! G. u
2. pthread_cond_t pct;
   2 R* C0 @, ]8 Q0 H! p, N
3. int main(int argc, char* argv[])
   & m8 T8 {# J" ?8 V' Q
4. {
   6 n7 x' i* k: r: c6 k  n! `
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   9 ]# p( c+ B/ z! Q2 e
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 m3 g! n# D' l1 [* O( H; |7 Q* g' a
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   * q" J& {! |5 ~& Y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   * Y) N$ Z4 W3 g% O+ H
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   1 m) m$ W+ \/ f5 x6 Z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   / t. K9 P) l( C; O) }
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , n) w& l$ g* j, P$ l% x
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 g! X" j. _8 `
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & n3 {; j6 i! ]9 _
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 A: j4 [) c# i3 D! v
16.         free(frame);
    ! r5 Y; j5 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" \
   
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);
   . d8 X& p, U; R
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' y: ~* m" d% J8 P! \, W
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 {. ^3 G) |6 D5 H% S1 @
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   / ^2 M9 g( u2 a$ ?% [
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    9 l) y) A4 [' U: Y) L+ L
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ' T3 s9 f% i3 o# p. d, \. N
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 O. j5 d& R, {
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   / w8 k2 v: x1 u. S5 H
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) Y5 @8 s3 c9 p, [* m$ B# D
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   , B+ v6 L( P% Q4 {, K! T
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 }- a. p# I: L/ ~* Q% u
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 i( q% N; E9 h
13.     return 0;
    + V! G# D9 a+ y. d. O: Q
14. }

复制代码

+ u# ?+ X& `  v4 T$ J! T
- v' k% Z* ~% k1 a+ 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 {" C; q( n; Z- t4 F% d

1. while(fend > 0)
   
2. {
   3 P1 `/ }8 V2 F* ]/ U$ k( T# F
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , Z! X+ L1 ?  I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 k7 O: z6 ^2 D' \) s
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 F# T) S* ^8 M' X- `% J7 Y
8. picture.fin = 0;
   % T7 K3 R$ o7 F7 [" Y. C
9. }
   . P" @; x! Q3 k* U9 L- G$ d
10. else
    
11. {
    : _; x. C5 b; n- `: i6 o: O
12. picture.length = fend;
    " T$ \7 R2 P4 S2 t
13. picture.fin = 1;
    1 i3 i" j( Y# ^* J. b' y
14. }
      W7 B6 W/ ^4 j. r( \0 ^4 j; h: G! b$ t+ i
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 r0 d- M- a1 P- R7 }: y% L
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    5 i& l6 q+ a0 {4 R
18. {
    0 \9 r. w- E8 y1 ]0 i
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - v# |- Y& ^9 d* m
20. return -1;
    ( Z$ b; A: {, N  i5 G4 T# u
21. }
    1 z  \- s8 t( v5 y. F: h, j9 H9 L2 R8 q
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 H+ T/ d8 m: h% h0 J4 [
25. }
    ( A2 F/ C) ^, f6 \
26. }

复制代码

1 e3 q. m3 W; J
, r$ W" W# X5 k

6 k: `1 u2 l0 P& k' |1 U5 \# niMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html