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

  I0 [' G3 [$ u; 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
1 L4 ^( d# c. I& ]

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。

( a8 r5 W/ S  ?  n5 {, `/ B( G. t$ s

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。

  
  ' W3 y0 i) g6 Z" g/ o6 t- a

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。

8 M0 ]- L* N* d% l; q2 j一、HTTP网页服务器
6 Y( f6 q# A+ \/ j2 b

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)
     c, d. {# d/ H# a: P
2. {
   7 _$ a5 k+ d8 V: @0 N' w
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   - H8 c0 G  @7 h
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ! I. |" T! {" Y, C- f7 K
9.     int ret;
   * h% h2 x5 ?( G2 O/ x& T4 Q
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ; c  b! |; V" t& L( _4 b( Y
13.             return -1;
    ) R) ^1 J( h; z4 `1 f4 K
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * X$ B9 g7 f$ k5 P. x& L
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    / j! M! b5 b7 s" d' {
18.         printf("setsockopt error\n");
    ( [) e1 x8 |$ ?' b
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , A/ O+ S% q$ D- ]" `6 M
21.     if(ret == -1)
    ; R$ }+ c$ |0 F- |1 X
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) s( D2 {" y, j# \$ l  l
24.             return -1;
    
25.     }
    ( y/ _3 y; O0 q; m
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ( e" o# b3 c) L! @& h& M/ g
29.             return -1;
    " k- i4 `! e# i# r" \4 ~
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   % s( w! Z4 p# y5 H1 M
5. while(1)
   : ?; y* U1 y1 R( d
6. {
   
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);
    
11. }
    # V" g+ H% ]4 s; \
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * y1 A) a* [. o0 r0 ^8 G
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : a6 m. v7 H4 _% h# H/ Z
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 S% h. h3 N( y* r1 s8 ~5 x0 Y  ^
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[])
   3 Q2 @2 M. c1 L; ^2 N7 m/ e2 [% ?, v
4. {
   ( l9 C% K, t' [7 p
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   0 `+ f  |$ K3 B* o$ E1 c
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . k# F$ N; f7 A
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);
   ) y! R, ?  Q% i2 @
10. ...
    , h  z3 c/ T9 U" L. o( y% k
11.     while(1)
    * p6 Y. D/ Q" t+ ]9 ]) c
12.     {
    9 \4 ~4 ?" x) \1 u7 F% V
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 Y) N6 B3 |) H
14. ...
    ; H9 C& k  c4 c
15.     }
    2 I- m0 u9 J1 @% U# R5 J
16. ...
    2 a1 k' [- K' k) A* e) Y
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;">
   9 q' f4 {7 V+ q2 W) @5 Q5 ^* ~
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" \
   $ [/ K: n6 K8 C
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # r/ S6 \9 f) Z, ^, Q, s; S4 t1 m# _
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! c/ m" e/ t% J- i/ i5 r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , |9 s. i" Y, R& v2 k9 P
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   , r- A. y. `. Y" C, i5 e
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   " H1 d4 W% y& X; j$ V5 P
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ! p4 _* o7 _- ]) E+ R) ^
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    7 c: ?; b; S: j9 C
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ) j3 ]6 y3 m0 V" b1 d4 D$ d1 [" Y+ z
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" \
   # ]/ B/ s4 P  A9 L1 W
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ; L, N9 a# G$ q" T. f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . T. n5 t" ]5 e2 s
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   % D. w9 i9 w7 D' y, s
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * c+ P/ E1 M' Q# S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    : n8 }  U% ^2 X1 N0 X
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。

. X+ o4 G# j7 f7 p. V3 {- _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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 I" f( A& M" t% c
5.     {
   # s. o* G5 g7 _0 n) [* l8 L& h
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     r$ j8 E3 f- L
7.         return -1;
   0 M* D% M7 j0 z2 k0 _& L; G
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * l( L2 `& g& p$ k% E% M, c6 M
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;
    & J1 X) y' N! A8 I8 S' w: ]
14. }

复制代码

; \- N, N( f9 Z; ~: B# e% x1 D# m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：
8 O* H+ n+ H3 }8 {

+ a/ N* E! l: O! ]9 b' e6 b# W

1. while(fend > 0)
   & s( D' K5 K: |: r3 N) C9 ]
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$ o0 O/ u  |* f3 L( y$ u4 r: R" _! H
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ! i% v. h* Q2 z# N- s+ x1 G
9. }
   6 C. b" s6 I  D. q8 h4 n
10. else
    
11. {
    3 [. J* m# P# f5 m% H
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    4 s# g  a1 p# X
18. {
    2 B$ B5 u$ Q  r( b/ L% W: \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 H+ ^+ r* y/ ?0 r2 d, B! J
20. return -1;
    % B* `/ |" D# Q4 H
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

( \, N9 k. Q1 W! U, R

5 L- w& q) `/ a6 s' J
! N* h$ y6 G. \" Z. A+ {& EiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html