原创 i.MX8MP 基于HTTP网页服务器和UDP上位机的MJPG码流传输(mjpg-steamer)

 2022-1-22 14:26  1007 6 6 分类: MCU/ 嵌入式文集: 干货

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。

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：

int TCP_Server_Found(socklen_t* socket_found , char* ip , int port)
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
    bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    servaddr.sin_port = htons(port);
    int ret;
    IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
        {
            printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
            return -1;
        }
    int on = 1;
    if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    {
        printf("setsockopt error\n");
    }
    ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    if(ret == -1)
    {
            printf("Tcp bind faiLED!\n");
            return -1;
    }
    if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    {
            printf("Listen failed!\n");
            return -1;
    }
    return 0;
}

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：

pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
{
。。。
while(1)
{
            fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
           printf("fd_socket_conn = accept()\n");
    。。。
    recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
}
。。。
}

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：

 pthread_mutex_lock(&pmt);
    pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
    pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
    pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
    pthread_cond_broadcast(&pct);
    pthread_mutex_unlock(&pmt);

线程互斥锁使用之前需要初始化：

pthread_mutex_t pmt;
pthread_cond_t pct;
int main(int argc, char* argv[])
{
...
TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
    pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
    pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
...
    while(1)
    {
        V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
...
    }
...
}

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：

#define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
    "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
    "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
    "Pragma: no-cache\r\n" \
    "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
#define BOUNDARY "boundarydonotcross"
    printf("preparing header\n");
    sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
            "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
            STD_HEADER \
            "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
            "\r\n" \
            "--" BOUNDARY "\r\n");
    if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    {
        free(frame);
        return;
    }

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：

 sprintf(buffer, "Content-Type: image/jpeg\r\n" \
                "Content-Length: %d\r\n" \
                "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
                "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
        printf("sending intemdiate header\n");
        if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
            break;
        printf("sending frame\n");
        if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
            break;
        printf("sending boundary\n");
        sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
        if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
            break;

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：

int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
{
    *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(*socket_found == (~0))
    {
        printf("Create udp send socket failed!\n");
        return -1;
    }
    addr->sin_family = AF_INET;
    addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    addr->sin_port = htons(port);
    memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    return 0;
}

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：

while(fend > 0)
{
memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
{
picture.length = UDP_FRAME_LEN;
picture.fin = 0;
}
else
{
picture.length = fend;
picture.fin = 1;
}
//printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
if(sendbytes == -1)
{
printf("Send Picture Failed!d\n");
return -1;
}
else
{
fend -= UDP_FRAME_LEN;
}
}