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

1 r3 ~8 s9 S6 j7 G/ O. s" L. z9 q

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
9 r8 p6 u  D* C3 O: q5 l
( c: G, N8 l! n( O, S" M3 m1 G# M6 U

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。

. [7 Z% H3 x% m, {: [) r9 @+ |% Z: t

/ _0 `* D6 ~2 E6 g$ ?, 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。

  
  

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)
   3 O% N" {) X9 [* h4 R8 R
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 v7 i3 |- }: B) n5 @
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 L: R) C. I/ _% Q' b
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   $ i2 Z0 u5 ?! \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ( {; ]3 I' p7 A/ {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " N$ {2 t7 k& a, L
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    * V; w6 F$ |3 ?8 B
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 D& q- [7 b1 G) o
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % C# u5 ?# I3 z/ H9 Q+ L; d
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 k3 t, p& B& e0 {+ O% t0 _
24.             return -1;
    
25.     }
    5 x5 v1 |  u+ Q; V2 L+ A8 k
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    + S  z/ y$ x& \+ X) X( y& A
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    $ D+ O  F2 E6 l5 c, a% P% o# F/ u+ H
30.     }
    7 |1 ?0 c+ }5 m; L
31.     return 0;
    
32. }

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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)
   4 u/ W5 n9 Q& T
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 D/ n; L2 S0 U. H
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 W. _+ u; I3 L: _$ u
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    
13. }

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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);
   4 Y$ Z3 i( A$ y' f, \! z8 t( ?
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   & A! D" s. O5 q! D8 X
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' e3 O# C' ?; s: j+ S! r* c
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; @* f. x* h2 r4 A- C- N2 N! T5 \  r
6.     pthread_mutex_unlock(&pmt);

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线程互斥锁使用之前需要初始化：

1. pthread_mutex_t pmt;
   & c" n, p6 W  x% s9 k: F# t
2. pthread_cond_t pct;
   2 U* c  ?! c$ ?: [
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   7 a$ Z% W! a: }  n, g6 `
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) ?, b7 ^+ i9 z! M% Y# E' T
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) q0 N6 q; X0 m- W: `% Z! X
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : W/ B- K, g2 O6 W: ]$ X' |
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
     q& a' x1 C- y- q5 Q8 F2 t2 Q
10. ...
    
11.     while(1)
    2 p; B) U6 T# V4 O6 t1 I3 m( l
12.     {
    . |" I4 {2 Z+ u' ]/ z8 p6 V$ e
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    
17. }

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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>

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1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   : A$ X9 `+ e& N+ G
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" \
     ]4 l; x; E: F2 R+ ]- ~5 _
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   8 Q6 [# S, ~: U0 d/ v5 s6 U- v! X
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" \
   
10.             STD_HEADER \
      y) Z9 c/ l9 |- Y5 e9 H/ ]
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 U! S2 E: m$ Y: ^2 ~! ]9 {: M
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 i0 }2 c  F# Z0 h
15.     {
    0 E0 v" p! U0 ~$ L
16.         free(frame);
    
17.         return;
    # t% ]6 t* s- g; G
18.     }

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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 w0 e' Z3 J: k; l) }+ x
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   # e7 B& ^9 ~2 H$ W# ]  ~
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   7 E" ?- Z9 d1 _' k  F$ V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' o, a/ H$ v& I* w0 V/ j
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   3 i, r* v/ v! t$ g2 o* C
10.             break;
    7 p( M; P# P& I1 t( ]& T' ?0 i
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + X3 V$ r; f# d* ?) t  Q
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / x$ N% [+ X$ F; B4 A7 q% _' ^
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>

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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( ^4 \' Z3 |" |; h- J

( p. j0 T! {7 H' S" z二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
1 q! w2 o2 P( o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ l! P, M+ @4 z& e: M5 a, R
2. {
   / V7 R) r$ M0 L1 |
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 M  P  W* g: u# `! ~
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   1 k: z/ N- G& I! _: M
7.         return -1;
   
8.     }
   ' Y, v* {. E6 a
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' k" F1 \) j+ z/ |: a* B2 d6 l
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 s, Z, z2 U" t( R6 G0 [# x5 g
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    2 d, Q" G* j! I6 a& u/ {4 C
13.     return 0;
    
14. }

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2 d/ O2 z3 r7 k2 A4 C: G- ]
- U5 I5 m+ l3 w0 B2 @: a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：

( q& H! P% A: T! p* j

1. while(fend > 0)
   6 Z8 Z- T9 z. i  n: H, i- o) d
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 ^% R8 b/ w( X5 }1 x
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( W0 [7 Q: A! d
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    " m- p  T$ w1 u! O2 n% ]3 `- e" M
11. {
      s9 o) s4 @, l: \- `& a
12. picture.length = fend;
    2 J- w8 m- G! Y3 i) E  S$ L9 l
13. picture.fin = 1;
    0 L* u( y, t3 c9 {6 m3 w
14. }
    ' a: C; a; j" m6 N5 a3 ^2 Q% _. ?0 H; \# r
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");
    . T) V8 c% J# Z4 L1 ?
20. return -1;
    
21. }
    4 h) s8 g4 }2 x& E
22. else
    3 L8 K6 C% ^+ N2 d% H: K$ L
23. {
    , F  u: m! `" w+ S3 p' o& C& p
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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- u) h1 L  g+ [* J, X  F
. t  O1 n/ Z' H+ d

7 G  B) f9 \5 |6 X6 O; o$ I( H5 giMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html