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

4 W6 n5 S6 E" S0 Q" b/ ^

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

( k6 ~" G/ g' D

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。

. \4 \  y7 E! M* |5 A8 {

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。

  
  9 l, }3 e: w6 I" `& P* G9 ~

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
& [& c% B! d0 |: J. ]

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. {
   5 t4 x3 }1 O5 ]( J
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # v  K2 r/ X' o' [, o- s9 j
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # j2 g1 }0 @3 s6 z; M/ |1 }
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 D  L4 H3 M' V8 \/ o
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   - U9 e2 A: B: t& k
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! A' F, X8 g! u- O5 w
11.         {
    ) x% H( q7 t" S6 a
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 ]8 Y  ~. q" l" ~" V; g7 k
13.             return -1;
    
14.         }
    " a2 ]9 `! }, \; @/ P2 ^
15.     int on = 1;
    0 A. W: Z4 _( u6 p1 J. I! v' E' z1 C3 s
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , U1 s7 Y2 {, I+ k2 d2 Y: B
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : }  ]! S0 x6 x/ _4 U7 w6 I( _
19.     }
    1 w9 P4 y* V) `$ H/ Z" b+ F
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / i6 U- U6 e& C4 l
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 H. f8 w. M9 Z/ j
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - O% d3 D# N  l; j! B! Z
27.     {
    7 C) k5 R+ o5 I9 Q0 J  f
28.             printf("Listen failed!\n");
    % v# n1 b- R6 ^/ Z+ u! a1 c
29.             return -1;
    
30.     }
    3 r# U3 B& r4 N/ [1 |" E  H9 A
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. {
   % }$ m5 i! s9 C' l; m9 h5 V
4. 。。。
   # `0 h% x( L( q
5. while(1)
   ( s6 E3 j: @" x
6. {
   ! m9 P! v  U+ X7 c8 r/ b7 O
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & ]* n" \" F4 ?
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # V; D/ e9 y7 C/ Z0 ~" e
11. }
    
12. 。。。
    * n: x0 z. k$ s0 d3 L) |- v
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;
     w" w0 x! v' B5 w+ K: r0 h1 v
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; _, A7 V1 I; K2 s5 R9 W
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + n2 M7 U( O: N& \8 @$ W+ 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;
   , e: `  }' e/ p
3. int main(int argc, char* argv[])
   ! x5 X( `5 X$ t$ ]
4. {
   ) Q! O1 y8 V& h1 O
5. ...
   - i: I  C4 o9 y' B  P
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / H6 g% U$ D. Y! W. O
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);
   8 D, x9 l* I' \$ w, Y& M
10. ...
    5 x" a; P/ V5 M  a
11.     while(1)
    
12.     {
    9 c" N3 o* a2 c7 i" h6 |1 K
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;">
   : \+ {# m2 N6 U. N. u
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" \
   3 c# H2 j8 O( Q4 z' _6 T; G- D
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % D- ]. G5 O# ]
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   1 k% ?% k& B* u' A: [
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' ~  k; P) V: W' u3 h3 I+ P
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    9 D3 ^) i5 |5 m+ }6 C; Y/ v5 a
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . O9 p5 @" ^% U( L/ C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ! a0 d: y% i  M7 N6 [, E7 k
16.         free(frame);
    
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" \
   " d9 m% T, y3 H9 E% J, E
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * S# K% N* P+ P/ g& F, _% a
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ) R( v8 q5 ^( m2 i. y4 u: Z) ]
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\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。

/ c: l$ q6 {* b& Y) y# J

4 J- v* `( p0 {) Q) I2 e. y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)
   ! o( t  F. C& W( w6 [/ P, j
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     W- P6 U4 J% n1 G% U8 o
4.     if(*socket_found == (~0))
   " _: z1 n2 J% V6 ?0 r! y
5.     {
   ) b, U& L0 Z: Y+ E' v, h$ K8 `
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' P) h" S/ I- e" Y0 }0 |) M! O
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 D' {- c1 ^5 @- T( i
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * N+ s/ F' q9 R
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    & [; Z' k4 u( y. @
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

$ K" `* {; `' ]1 C7 D. 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：
! K9 d2 n; K& f

7 N% A& p. K( c

1. while(fend > 0)
   . W# Q, }* u9 Z9 `% [1 Q
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 k: h6 Y1 J6 c* u) z0 W
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   / B0 l6 m+ K+ W/ \$ r
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - w6 ~3 s+ ~& q1 y
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ' d# X3 P. s9 s$ W# m8 {
10. else
    
11. {
    1 X# r8 e  m' R* M4 J0 }) I
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    0 a) {2 S/ c0 d7 b
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)
    : Z, D7 P' R5 S- [( a2 B! ^$ S4 i# k
18. {
    1 r, ]# ^: ?. a; @- m  o, v
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    & T3 R4 @2 f$ R; Y; Y& P
21. }
    ) d  h3 j( [8 g, J% o/ |& L* D
22. else
    6 X# J" D2 |3 u9 ~0 C
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      q# N( B5 a8 p$ Y) J' n
25. }
    
26. }

复制代码

: j' E: e& G3 Y, E+ T! l$ ~
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html