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

& T  u4 |7 |* D( X% ~6 e* U

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
% H+ t8 x$ I& y/ ~+ M$ X0 z

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。

- c. q$ L, \4 S4 j7 W' q) B- F, 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。

  
  

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

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)
   5 j6 G+ ]* n9 G" k2 L0 I+ [2 ^
2. {
   * K# P: P) r* o; a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / ]( h) @3 [+ A! r
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   0 }9 ?6 \6 f- G$ g% S" V! t
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & a  K) V* t& s
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
      r' w( B/ L: ~* l! A- S: r0 \5 C
15.     int on = 1;
    ( ?% v1 o  T; e! d3 {
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . v$ e) }' U3 N" v& {, ~
19.     }
    8 w7 l5 I. _6 z6 q. O; X# |
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    & a% U9 \) d) @6 g) j2 b, E2 J7 ]8 t3 N
22.     {
    ! Q7 Z" N& `% M, M4 V
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * Z0 y; T0 `; t. K4 d% h0 y9 f
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    & Y8 y6 s' s3 V& v  C
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);
   ) k" W. J& X% v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ( D0 J+ _5 E5 R' H& d
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   8 Y6 s  o  @, p: k9 N+ M2 W
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * ?9 ^- o" i5 n+ P% _6 }
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    5 t+ t) Q$ e5 u. B1 T7 n; n3 A
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);
     w6 h' i) c6 v4 W' ?* O! ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   / k1 n- |1 a3 o& m. s5 O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   * Q: W* x# a+ W/ I9 y  Q& f
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + T5 v( M/ w7 s+ z5 B
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;
   9 E/ c! M+ \2 k
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ! k5 x6 p& r2 b3 n  |+ X
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & s/ l8 w, d# E3 s9 n' K# U  i
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . a6 Q8 R/ h( y* c/ R) h! s
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + u5 y( r2 L+ r1 S" Z+ Z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    & F! _5 `9 W- N/ X# g
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % u& J, R$ f/ X4 o+ z
14. ...
    
15.     }
    / S# D; v$ M9 Q
16. ...
    1 c0 @: A: C: T' o+ ?
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 @  z0 ~& @8 [( e
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ! J+ |8 o, ~* k' j
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + a0 c8 A, f" n% F# E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
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" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 i$ _4 W8 K2 Q) S$ {) }
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 ~; P+ E0 `3 f! J) c
12.             "\r\n" \
    : C+ o0 E6 f  r' C- D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! D" A2 i) D% {' z: D
15.     {
    0 w: M* i3 R' T4 J" P3 V& R, d# c7 N4 P
16.         free(frame);
    * ]1 @  F: Q  d- ~) C
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" \
   + w: [, t" j1 z  O
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
   , R1 N; j4 ^& J. D* M8 L+ t
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : n3 D, J/ A2 `* j  S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      [& ^( E5 F' L# M0 o! R0 r0 L
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。

' {2 t. _8 b* `

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)
   5 f1 y5 o- d; p3 u  c
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 y  z8 A' _& M2 d& U) o
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 w( s0 P  z4 g
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ! {  q; i9 ?- L! ]' u
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; T8 h! f# b" z: Z) O1 Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ' X: y' c6 d4 j: m, b
13.     return 0;
    3 l3 T* \( U6 h: \" W; ?
14. }

复制代码

) P2 w, _  I" p
) ]' t4 G! N5 \( x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 f. {- n  U9 {' y
. x: k8 j3 M7 C# G! B- x+ @

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! s/ g' B& N+ t0 L$ `
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   * {  J# p  y( I
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / t0 Q6 V8 U' A5 @
8. picture.fin = 0;
   ( q  h4 w. Z0 D# O  J/ k1 ?; n
9. }
   
10. else
      J0 N# g5 h( D6 S6 _" l+ a! z3 F
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    # O# r! E& ~0 Y
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 F" v6 X; S; }4 o% e
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ) N/ ^5 \9 s3 \9 I3 C; p
25. }
    
26. }

复制代码

/ _' _, E' U5 _4 g+ ?
+ I, B) Y( k* N! @# c/ ?

) `# h) E* U3 w9 y# C
! j# Y/ q& M' O+ t+ z, YiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html