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

5 b* a& e0 ~  N  m: {" p% B, F4 S
5 a' p+ r8 c% x+ d) R, j" A- v  O

% x& E% f9 n# G

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

& U7 }( m* P! J

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。

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。

  
  7 l, y$ n' q7 W& _2 `

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。

, P/ \. M) u5 l% p: N, d一、HTTP网页服务器
8 L6 b; u( q- M! Y

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)
   8 @' @* Z8 b# r. z  R( y: S9 c
2. {
   ; v7 t1 J% \: J4 }) H% L6 l0 F
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 H+ L! d) q. g4 C$ x3 q/ j8 Q% w
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   8 C" k& j1 d4 L2 {' W# l
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # Z. h5 ^: {, n4 J7 m/ w# y
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   1 [; P" f3 j3 s2 n. T0 U7 ?
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " `- d6 C- D6 A! J! G& g
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 W% A9 B/ A& ~' N' o2 G5 B
13.             return -1;
    , E' y4 Z. B5 e% l1 p
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 {% v7 ~5 ?, I+ ~. a5 T
18.         printf("setsockopt error\n");
    8 a, L' L2 Z5 V$ ?* Q
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    " n3 F, m/ i3 c/ Y* y
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    + U7 F# q6 K1 s5 n
28.             printf("Listen failed!\n");
    % ~' B8 W& n6 t/ j
29.             return -1;
    ; H9 K; o/ q0 |5 C: j% u, D
30.     }
    
31.     return 0;
    : s+ U' ~2 M9 ?/ ^2 ~
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. {
   6 R. E4 J' A5 h6 m( d- a' Q, I
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   * O0 x9 g$ \: R
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 f! W$ G* I  t7 l0 E% ]2 R
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   4 U! G9 W# I! B$ f2 `' u9 W
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
      ]0 _+ O3 [1 |- N. h
12. 。。。
    , V* H: F* R/ F% X' K; c
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);
   5 g5 c( u; d# `+ j$ j) D* f: C
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   8 E/ Z( b8 y4 T. K7 r. ?
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   3 ^3 I. ?" R8 ~
4. {
   5 S6 \+ ?1 U8 F# D& M: C  j9 i
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % d; w& t6 e0 F; O6 U: O/ r
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 G" T( [4 D) o5 U1 _4 m
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);
   5 M- {! D& ^3 F: i% Q$ A
10. ...
    
11.     while(1)
    7 Y. j, Z- v3 e+ \1 d/ }8 g
12.     {
    % X7 c7 P3 A9 M3 a1 u, r: Q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 Q1 C! D# j) n! j
14. ...
    
15.     }
    ; P2 f( O: Z7 L: F# r8 f8 v. N* X
16. ...
    . e6 a6 \  I9 u; k
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   " i6 K3 k4 @3 t
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   " _- j' q) J5 A; y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : l2 A. P2 E5 n2 Z; s0 q
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" \
   
10.             STD_HEADER \
    5 _$ u( K- h  n$ c! V6 ?* V! k
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( u! C2 c! @! a5 E! d" U' r8 u
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / M4 C( p1 v& P* A4 g& J5 }
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 {3 V. g8 a) Y! _6 Q
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" \
   7 J2 P, @- y0 b" h3 b
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
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");
    / Y1 [4 @: H1 R  U; A. |' }, n
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + s2 |5 G- g$ _
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + a( {' `7 \: s6 |1 m
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 T7 ~& D9 @. K2 ~7 \9 p

4 `" {' O% V! r" C  H( C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)
   3 t* K5 i/ @  m0 F  t- M+ x
2. {
   ' ]% }0 b& s" h. `1 G9 @
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   9 P: q0 m" l; [0 c( {9 \
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   " L9 r% E! Z% Y/ G. O2 h" U/ _
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
      C( R$ t5 R+ C5 P! u' p5 c* q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    . o/ {  l  I3 f" l" I
13.     return 0;
    9 Y+ [- n4 W* {
14. }

复制代码

+ b8 v1 F, a, n- b. R( S
- o" {1 N2 F+ r3 l5 d& O$ x* C7 J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：
& x3 }% T* w% W: B. o; j, u6 `- m" F5 v

1. while(fend > 0)
   + _6 ]3 m) }' ]! u7 c% Q
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) o. Z: r$ f+ r! c6 \0 A8 c
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - Y  Z, ~/ t; z* t4 u
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 w! X1 l+ }( e
6. {
   ! P% B) A3 F- W
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; X$ y' q) D& y
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . A7 }9 _. z. ]  N5 ?! R* F8 e
17. if(sendbytes == -1)
    & Y& [* G7 R/ i+ T% O" G. M5 W
18. {
    0 I1 Z7 ?# s: x, B* [+ _
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 n, u$ x& }( Z
20. return -1;
    8 Y3 S$ M# C1 |2 g
21. }
    : _; u1 ?" p4 m* H( p( f
22. else
    : }. a- p" S* N0 Q4 K- o
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

6 ^2 V' k) |# |4 ~( }

$ U8 f* Y2 i  i. h# v
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html