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

3 F  u% A8 _% V3 ^3 A3 \
6 D: B! s" t, R. m" _7 j8 g. e

* e. e, f' a4 f. X$ y: 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
2 W# f( M1 S* N
& y! k0 s0 x- H

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; H% N& E6 ]+ m. n

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 W. u: o/ V3 }7 c7 V5 O

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
) `( P3 d6 ]* g* c) B5 n

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)
   " P3 h6 W8 z; d6 I
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # X  N9 A$ Q9 v& O6 g
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ P) B8 r* w) |; W0 o' w% _
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);
   ' M3 e1 A6 x3 H% E9 q+ U* m4 T
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    & F' c4 f! R7 H3 C* ]5 o/ D' _4 R8 o- J3 P
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    # ?& h+ R4 |+ U+ {
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ; q9 o! F" X6 i3 u
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % q, X2 ?! `* s1 G& R- S" R" E
17.     {
    + I1 J. E1 g0 Q" f0 @. B
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ' w9 o( W& s$ Z8 i
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    4 L( |* r3 y- d
25.     }
    0 S  |4 v# x& }
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    - b6 q5 @7 v8 ^& h$ V
30.     }
      u% r0 ]- D9 z  ?" d
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)
   - p. j' t8 }" Q" I
3. {
   
4. 。。。
   ( R+ W9 L3 a+ d8 C, v! }/ z7 Y
5. while(1)
   1 I) t8 C3 H8 ~8 d
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   8 B' s; _! d' @: Z; j  t
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ) l, i( Q" N* m
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * j: _9 O  Z- e
11. }
    
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);
   " E9 X0 h7 [7 j4 s5 _
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   6 b7 X" v. o! J
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     j- g4 S9 R1 ?) N
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;
   " t; ]) D8 e9 c$ p' w; W
3. int main(int argc, char* argv[])
   - ?& I" d: d4 A7 s6 L  ^/ O
4. {
   ' f. l; o' ?; s" k( }9 B
5. ...
   % u6 M$ k- _& y% g3 L0 P
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   6 m  _; M- d' k/ {
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);
   # L+ H3 g/ A7 g/ D
10. ...
    * |/ d9 i, m4 V! _
11.     while(1)
    
12.     {
    % i3 Y) l( ~( `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    & f7 K$ J5 n! a1 \  S5 p5 u
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;">
   3 G9 e' A$ l- ]( v! g
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% D; P. E0 Q7 n) L/ l' U5 `
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 o$ l% g4 m9 z( E
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   - p, [$ |6 b6 d) ]3 a
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
     H% t8 ]+ m! @' V. _
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) ~- o- I. X8 B1 r, d
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * U: M- \' n; v! y
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ! M5 y* A2 g. b6 }
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + {( P# O. z+ ~. t& L
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    1 X) M* w9 Z& \" _8 f4 a1 a
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    / a  X$ K) p  R. D
17.         return;
    ; c2 l# I7 g) V" C. O' @
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" \
   * e; \% ?6 d- k, |; Q! h0 @
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 V5 a! ?* r. s- ?2 b
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : T6 f! ~  T; e1 s4 h' L4 T
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)
   " L7 D! s' j6 p$ \
7.             break;
   % z$ b! w6 L1 M0 b) f+ u
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ y. s/ ^2 |* I
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . V. f# a1 P$ V0 V+ m
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , S" x0 B! X+ @
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。

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)
   % K' g$ `. {3 @1 _* ^/ `
2. {
     v/ l2 W8 w: K) H
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   : q, B' ]* P: G! ^
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   : N" Q9 m0 u; k& E3 a- K" u; C+ b+ Q
8.     }
   6 z, F, Z: R) I* b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 j  ^; H- _# k  K
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      c- j+ s) ?1 Y" ~5 ?) ?6 r
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * j3 f$ d/ p3 A8 m4 H: e# N1 d
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    % ~# d) i9 ^3 n: ^
14. }

复制代码

) H$ x6 i7 }2 D) @
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：
* t; p4 u' e/ R# w+ _
" B- d( M' c9 g; Y* P

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   3 o( e/ A, F& b. A' Z9 n& p2 b8 b
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , U3 ~/ g  i+ B4 G0 {; q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " f/ |7 ~' @, w9 L9 y, G2 ~3 h, N. C
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   3 `; V5 A! _7 t; c
10. else
    1 W! j1 [& z+ E
11. {
    : Y1 H0 D+ ?1 G2 {% ?/ o
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    9 z' ^) G/ ^7 P! L& c
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & N+ r. B8 A' v" ?" G& l' B& Q/ f
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    6 M( S, a7 q( }' ?" }, l
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    1 {8 d3 Q# a3 c/ y6 R2 K( N
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    9 `- i9 f) v- n! ^. f8 i1 A6 Y
26. }

复制代码

, ]/ A" x+ D7 f

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