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

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
: C2 Y8 Y* t9 |! n. A! O$ a
; M. ?$ S7 d9 f+ W) o1 o2 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。

- Y; L5 H! H7 N8 m

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。

  
  4 L& G6 g6 f8 w, Q* m% g& r

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。

; `+ O; Q9 @5 U$ ?5 m7 a一、HTTP网页服务器
% X# E; s( j/ K

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 W5 \( Z" n: p! S- L& g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   . m  \: C$ K( V
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' o# S( O7 X+ ^4 W" I" [; f
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 A+ v0 v1 S+ n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    % B1 N5 [" ?7 v5 E* a
15.     int on = 1;
    : @6 [( k( o; ^8 u+ g  V6 H& v. ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    . R. J# M) L% ^: l; m
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ( O4 b6 h' q* ]2 ^1 C8 I/ R
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    7 [! H! I  Y+ k, ?
24.             return -1;
    ! |; Z- i5 L! f. g4 k8 o
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 D- F/ ?. X8 O* x4 d' x
27.     {
    : s6 i: x. Q# B. K
28.             printf("Listen failed!\n");
    ( V% f8 T# Z* X; {) o
29.             return -1;
    + c) Q/ A. B$ f7 D
30.     }
    
31.     return 0;
    % c$ V8 R1 T: ~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);
   7 U+ s7 N; C- _& W
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / K5 b, M3 s$ J
3. {
   
4. 。。。
   ' W0 S8 Z6 k' y6 t, q
5. while(1)
   & B5 K2 F  G! r# l
6. {
   $ v5 x5 J, Q$ v$ ?% V4 G* z3 L
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   : L$ q. X- H* c
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);
   8 r- I5 ^7 K; m! X
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   % }; z0 u/ P: T3 |1 q1 ~0 x! @( y
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   # B4 a) C2 V% C) c- y9 }& e
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 a3 u/ T% b/ u1 m9 R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   5 m) H& X& j; }2 P  L! ?
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   : D! A: \" V! g3 e4 y
5. ...
   
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    4 t. N  F; B1 h; ^' u* P
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;">
   ; K6 ?% p% \6 B) Q2 \% W
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" \
   * Q( J3 n3 _6 d/ D& X8 X
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " L  u6 D- F0 Y, [: e0 R
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ) h8 v$ R3 L# ~: ?9 m
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ) g: p) }8 R* Z+ D5 k4 H& l
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : z; \; g5 b& {, r. G4 g7 \; k% j
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! @+ o2 G; x( C4 n% J1 C
7.     printf("preparing header\n");
   ; ~, @, b) G3 e" Y9 _% c4 M
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 t9 M  G7 k! M2 C
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ R* t6 J' m+ \+ s# c- a% D1 D: `
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 _+ d& H: V- H+ n
15.     {
    
16.         free(frame);
    6 _: W& r/ P" F: M, Y* d
17.         return;
    8 M' @0 }: d' i. {1 R
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" \
   " N! M9 |8 F* J( X
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   # |6 x, w# {" H7 o3 Y: O/ V
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / ]( J* m. W4 m. e9 E# |
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   3 W2 ]% _4 I+ p8 n7 m: n# w
8.         printf("sending frame\n");
   , J; ~6 I/ h8 C
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    * K0 S% c' ?  f( R) S( I% y
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 s( j% q4 N( b; d! n+ o2 K
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ V5 `" J# S% e# E) Q7 U
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。

& ?% Q3 H/ v* w0 o% Z

& T3 g  s% V* J- o4 e0 o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)
   8 D3 e% c4 ^* `4 B! ]" n
2. {
   7 x! L& e- J9 V  J/ L( u$ y/ L! U
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + C6 A) n/ M% C) l, M4 G
4.     if(*socket_found == (~0))
     O3 Z, `1 b' ]/ d, R
5.     {
   4 U6 f- s$ J$ J
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   1 l8 W* g) ?8 d$ D1 ~( l
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 p6 ^3 \8 \: w* K4 o+ [3 f
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 u1 d7 Y2 C9 i) A5 l9 _  D: B
11.     addr->sin_port = htons(port);
    - j; v7 x1 l  J  @* n# I8 M3 K
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 T( ?9 M2 L4 q7 m- F
13.     return 0;
    
14. }

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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：


& a' m, b& ^  `9 i, j( k. A

1. while(fend > 0)
   ' G8 W# l" p9 z
2. {
   ; k( s+ ^$ Q( \: a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 {/ k' D& ?8 D+ @! c) E* L1 e" h
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 r2 F0 e# @4 D& u! ^/ s4 S* {
6. {
   ! [- x6 S; Y# B* \# B& |+ }( ~9 O
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   0 b3 J8 C; a4 @3 ?3 l
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    2 h# n8 O# y- s5 d" {  b
11. {
    ( k% g7 r0 a# D  s) b5 h/ @" l  [
12. picture.length = fend;
    - N0 t4 o; J' g
13. picture.fin = 1;
    ' k6 s' g+ h. Q/ j* H" D
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( ?$ l4 e9 t- d- u% K& f4 \
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    2 n+ y) X5 A- b  L
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    " {3 y9 q" \0 {2 v) S% ^" _
21. }
    ' T4 ?  _/ z' Q
22. else
    ) F# }2 p" t+ x( X0 e
23. {
    2 d. ^7 O% F+ q+ n2 N' V4 A2 {
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

* X6 r1 S2 s) i& u7 k. P

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