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

) F( o# b/ Q3 x4 |: \" }  F

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。

( D9 k" J% W+ Z5 \

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。

  
  % k3 q* T/ n, Q

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。

8 U, u, Y2 D0 t: u" z一、HTTP网页服务器
; a* F' Y& e+ ~/ |

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 J, w$ f# C9 S
2. {
   8 p, e8 u5 G/ p! Q# a6 a  r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 V/ R6 d; T& w  ~" b. N
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + k, E% D! R- `! v& k  X
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   $ U3 n  M" u! \  d
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 T+ U6 h; \/ g: k+ C; }6 z4 k+ ~
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    $ \% y/ Q# x9 B8 U$ b4 @8 o) I
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ! Y6 D- A4 P1 }$ M' C
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 Q5 @& Z% z& r/ T( Z0 \
17.     {
    3 A" `% G1 f- w
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");
    # s. f1 r7 o4 K& F
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 o3 T+ A9 ^# i: Y) K
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    7 \8 R% U' M( a7 U7 N- X
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   7 f0 O$ o: l. u1 O, g  k
5. while(1)
   
6. {
   ; A4 o( H3 `, e. S9 j% W
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' G# r8 }7 `) G' h
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    % Q8 ^$ }7 W+ |5 C, j1 ^
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 W* b% z7 y! h; M! C' U& _3 H* 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   * D1 i9 k* _* t
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ! B6 Z) Q. [. |; n
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( y4 t# ?+ M. m$ j% T
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * c8 s: F; X9 h$ b8 h6 r0 x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    ( [! o, M: S7 e3 x( c
11.     while(1)
    
12.     {
    4 ]! b8 @  Q* v  P3 W9 q9 H7 v6 `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    * O/ u1 @# ~+ G) P, i8 F( F" A
15.     }
    
16. ...
    # o5 m# `$ g7 {1 G. K2 u$ A
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;">
   % a( l$ @9 W1 {/ X( g$ R
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" \
   $ i/ x) ^$ r" }' @: V
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" \
   % D- N" C6 O! W4 }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   . v4 ]$ w0 ]& q9 K7 w
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 X/ u1 F( {: |  J  C. G  V
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' b$ u; V* j$ K" n7 g
12.             "\r\n" \
    $ v4 H/ m2 I" T/ C
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ( ]: d9 a2 w4 y- H
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   8 l( {6 E, g! f- c) p
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + I& e, R8 Y4 B! D+ i
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 J8 v# o4 \$ M/ O& R, V5 A9 I$ k/ z
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & S! b$ v9 o+ e8 x4 [' w8 o6 ^
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    # X6 N. F/ T" W! m
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

' k1 b" X* r( w0 X* d

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% ?3 n8 _! T7 ?5 c7 e1 H

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ( _. ^0 u- e6 M. H9 y# |" t9 m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   * F0 }' X( D$ C
4.     if(*socket_found == (~0))
   - b" j) E6 k5 O# Z' @3 t
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 J0 a+ H; E. r4 \# E6 m$ t
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - e$ `- B1 n2 V! o9 v* J: w# U, c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * M7 o/ t9 A+ @! M9 y! D$ }0 I
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    " {8 @4 o. D* H- j, p6 c
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：

9 S, G6 N% O2 ^( _
6 l' H! I; s  z

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! H5 l! g, \+ H" ~
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ l! o# Y) Y# ]6 Z( o7 t5 Z. e
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   4 m" _: ~7 l" U5 ~
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & ?- o$ E* S2 E" @) b( E
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   # Q9 y( Y7 w; m5 t# L' y  c
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    * {/ w( S$ @0 A+ n9 J
14. }
    
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)
    " _& F5 r+ W& t: M0 b9 I  t9 Y5 y
18. {
    ; B7 L8 r4 s. s6 r2 x
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / r" @& M  s$ m/ ~4 {+ f6 V$ a
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    * W2 V8 w9 T+ ]" L/ \
26. }

复制代码

7 d% n& v1 j# }( x$ W  `
" f# d$ b/ S4 q' l* [- l( {1 [9 X# N

7 t3 n8 X2 t, }iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html