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

4 _* s( ?+ G, s, H

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
8 I' d( F2 @( E4 s5 o, Z$ L+ Q
9 U3 e4 P' V2 s4 w5 p

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。

$ N4 J3 q0 F9 k: N- M4 a; s

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。

  
  , I; B5 Y# L/ w% |; L3 J, C

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。

% ^0 t3 l; {! n: x4 O( n4 }- m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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / Y. k% h3 h0 l# o7 {8 \
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 t" Y  {4 L- r% h- z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   3 q/ k0 g- R: T9 N9 g8 f* ]; D
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 p: B: i2 q6 u) `
11.         {
    5 d; S3 b4 v9 h0 [% i$ E
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ! K0 j3 n' |9 |, ?
14.         }
    
15.     int on = 1;
    , X5 _& d3 z: Y1 l4 a2 Q
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    5 [  S! f7 h8 b% e' a6 O
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ! I2 j0 z6 |8 ~  |1 r
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    # S  o( Y* O+ K& h! ?8 D
27.     {
    8 ]. R% A- F7 a# t: ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' f, g5 M6 Q3 y! q6 _
29.             return -1;
    ' ~5 d, S: i1 a5 [8 N! J) b8 z- t
30.     }
    
31.     return 0;
    & S! q% n+ U& g( o, v3 O# G3 m, \
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)
   2 x. X) i6 z0 |) N4 _
3. {
   + B( q  a8 H1 S! S$ E
4. 。。。
   ! ?$ k+ L2 F& Z+ {# j7 U+ t
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   % x3 @& U9 l+ Q% ~
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ) v5 p1 z% i3 c  ]- R+ X% E
11. }
    2 W: |. o. R0 x
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);
   / e  T" w9 x- }6 `% V) ~/ n/ R
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 E8 `. F5 Z( w5 n4 x0 p6 h
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + ]: I4 Z% r. D" N
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;
   ; o7 b" ]. |+ b1 }; V' g
2. pthread_cond_t pct;
   % f$ q! v' w7 [: X+ k
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % W. ~2 c# Y, M4 c' E, X
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 ^2 o8 P' M6 l3 d3 M, g5 c
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   1 e. J" C$ i+ H8 S; j
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    9 M+ K( j2 v0 D7 W% @# W+ d8 T
11.     while(1)
    9 u. D$ a: k- O1 N: b2 v" d$ i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( ]- v; v) V4 _2 B
14. ...
    / j' A, i! D' }0 i0 Q' b' B) C
15.     }
    
16. ...
    & U, c+ t# R9 M/ C" @/ U( K
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;">
   9 c) i. h+ ^' k/ [; d- @; ^- C
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" \
   
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" \
   0 K- J3 O, ~' D6 H% a8 z) e
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + f* o  }$ H% V" P
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' r% ?$ s" f8 r9 ^; P; e; N
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   1 C6 x5 L$ o, f0 h
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   . C- T- P- P, k! |: f% ~7 Y
10.             STD_HEADER \
    + d- X+ E& L( a3 V
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 _$ l- g$ q9 [% |6 j. q/ o: {
12.             "\r\n" \
    7 N: v2 j5 g0 u6 l% H% H
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( K9 K' b4 V* o! G/ N+ Z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ; X$ U  P' c* ?
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" \
   # R( W9 [2 c) U& G4 J
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);
   : E( t/ X6 F# T7 [$ z2 n! r( k% L
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! O& {$ `8 w7 T! ^7 a6 }/ ]5 N6 R
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    1 U+ J4 c, [% f" z- U
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; v: |" ~" W' y" }
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; I5 x% T1 z# K* O
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。

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)
   
2. {
   / e5 i5 X, i5 Q" }* R% B
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   9 O) M4 d9 X2 C2 L, s
7.         return -1;
   ) i2 U. q% Y, ~1 q) I7 S* v$ }3 Q
8.     }
   : K7 Q8 t, n( Q! }' p3 p, v
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     l( h: ]9 m3 I+ O
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 w, C  P9 ~2 {) D0 `- t8 ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( W2 g7 s, C1 g( D5 B* A
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

: Y5 ^) z$ I+ R; j+ g( e! P% G6 e' h
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：

1. while(fend > 0)
   7 _& u6 d% @, s* ]4 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)
   5 [* a, N" E1 Y" R3 y6 Y7 N% f
6. {
   & G: c7 ?: P8 S: e. p0 ^4 ]
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    / f* q* N  o8 ?* @0 w
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; @! _5 d) ^/ t7 I
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + R8 [' z2 k: A) R5 _; e
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    2 W$ d8 l, @7 h$ n/ [# V
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    3 u* Z4 X( N3 @( @
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      }9 Q+ B3 ^& Y9 \
25. }
    
26. }

复制代码

; z: V# I7 W4 d* D+ B: b5 @: r! C4 Q

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