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

. F, V  o9 [# U( L7 e) c, {3 Q
: ]2 B/ o6 o/ E3 n3 n

) W, X: c$ U% `, h' X. h

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。

: }/ u/ ?; U- P7 I: E! U( s; d

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。

  
  0 J6 i) d0 x9 e% `* A, l

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。

) q; T( |: I, W; w$ g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)
   0 e5 U! g( ?9 z4 q* j
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , _& n1 S; @- ?3 Z6 }
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / O9 C& p) u6 L3 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   + \: `2 o: b& q$ g5 g" I! L
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.         }
    
15.     int on = 1;
    & x: `! S+ ~; m! v. ^4 J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 m8 O8 h( k& E+ m
17.     {
    " ?8 v( |  G, v% l0 C) x
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 Q% @5 j( O" q
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 S2 a- P. l' A( p# @
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % d  d% H3 B& K1 J) a2 b6 S
31.     return 0;
    1 r* U5 K3 K' V% l
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);
   ! f4 D& J" d+ F  W2 e1 l* w
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   1 ~7 S) }& \0 M/ R$ g4 F
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   + e5 P( f2 w4 O
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   / d- e3 H4 q- Q, X4 D9 e/ N) o& \' X
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - i1 ^5 g7 o( _5 z. ~1 X
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # W8 F6 S* n' _/ _' @$ b  E
11. }
    & |2 n8 ~  S7 S( P) a; f  U3 J  `
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;
   # F* L! p2 ]& T& S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   & o3 J1 y8 s4 L' D- f% G$ o1 {3 M
3. int main(int argc, char* argv[])
   - L8 }6 P( S1 t+ J
4. {
   " F7 r. p" e2 K
5. ...
   - h  G' e, D" U( y- V
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);
   2 K, \$ k$ m- `' H: H2 q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   5 S) M; ^' O( i2 w5 q1 l2 g
10. ...
    - D) u  ?4 x* d
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    6 y: w, F& R0 M/ o; @/ t
16. ...
    # G" q) ~- w; k. m, v
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 f6 h$ h7 ?8 q( m3 H4 D
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " ^8 A8 S" ~: n
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 t& t$ B# z$ u, r" ?
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" \
   : v8 J* h0 }% d2 [
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / ^: a/ e% b( D: q+ K4 w
12.             "\r\n" \
    - Q  n  {. q/ J0 E+ W
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % z5 M3 G6 J3 ]& f- B
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    : f3 m. Q9 W1 m* M
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" \
   0 J) u- M" o2 F
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   * U) w" Q3 d6 w7 ]7 E
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ O) f; J. l# E- J: v' M
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   " V5 R% }/ O9 l  g% M
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    3 K- R5 V2 x2 q* I
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ) [  m: X# K( {5 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, G. k- j$ {9 q2 u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);
   3 |7 h9 |2 H& f7 }+ X
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   6 r$ o" W2 ~9 q% m  P
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 b" K3 b3 L  Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 J5 F* `; h3 K' H, R" I
11.     addr->sin_port = htons(port);
      X. r7 ^+ f' A: k5 T
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( n) h/ O. }+ `7 m1 t# J, S
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

9 l  C% \* B. v" b
- \2 ^' O4 K; I/ N" A1 y- v' n% M9 W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：
- ], c- ]/ U: x: O  q/ `; I
2 L9 L6 K: u" y- W; o

1. while(fend > 0)
   " A- Z/ r( B9 M& Q$ f
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) p' J0 o. j6 ^
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # ~! x8 u' p% X2 a' |6 \7 }
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! U- c4 o5 T, J4 R: L% S  E1 v; _  C) |
6. {
   : z3 j4 I2 u0 `  E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 y/ F) K+ \- W* S+ |
8. picture.fin = 0;
   ( m8 K- ?0 a; |+ I: [
9. }
   + C! [" L2 K  \5 `% Q
10. else
    6 D: X+ g0 u7 y& a4 Q0 l
11. {
    ( z" z# n$ x& B* I
12. picture.length = fend;
    6 [. V8 y2 G4 n3 M/ ]7 D. C! {, a
13. picture.fin = 1;
    3 E2 X" R5 M" O0 h8 n" B7 V
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)
    $ X1 q3 Y) ^' H+ d0 o5 y; g
18. {
    " K! o% A, l& `* o' i" ]- {7 p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - r6 U: N7 B1 x$ Y! l0 d9 z
21. }
    
22. else
    # c: u/ V; G% Q+ z
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 I  o- s0 J2 `
26. }

复制代码

6 m' F# d7 b" Z0 S) h2 c

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html