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

% o' x( v# t! h& X

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。

; A; n+ W4 z# r3 j3 O4 p3 X& b

$ w/ o1 s" j( E; Y* r

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。

* D! U3 g2 X9 {( V一、HTTP网页服务器
. s  [' W9 K, \/ U- c0 W

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. {
   0 `8 t! x3 d! k
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 b  e! Z* m$ \! g' x) x5 t* p
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ( a; Z# H7 N0 j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   3 c; v, X! a& j+ `* m
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   & ^2 G; _: j9 \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! K2 f6 f0 E+ n) q/ [! @
11.         {
    8 z( M$ l5 m3 I
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    % M' @9 \- @. c+ K. ^" o+ I+ r. P
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - V. J* E; ]( c% C& ]
17.     {
    * C! q6 ?. Q6 p. m& O, G
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * j3 S" d9 A" S9 V- m0 ~9 d
21.     if(ret == -1)
    - f' [/ n/ T* E  i9 d- n
22.     {
      a/ N9 I: \, u5 E; n. v* f* g
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " E5 [6 c% J) e
24.             return -1;
    3 U; k: Q# J; H; S
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . j, |& w& [- o2 C5 z7 `
27.     {
    " ?* K4 M/ ]" ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    # \$ D3 |8 o* |4 ~
29.             return -1;
    $ o8 b% Z2 \- u3 O7 N5 d. I' u
30.     }
      F' h+ \+ d8 K- b8 Q
31.     return 0;
    9 k) Z* Q8 Z2 E4 a2 }; w8 }" J
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);
   5 f4 L8 }8 h% _/ u% R
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   9 A4 \$ f7 n' Z- k" W$ u0 v
5. while(1)
   
6. {
   . ]9 J$ x# Y/ f7 M& o* K. M
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 a: N, P; Q) _& M8 }
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / j9 k6 c  J( b+ @, o; g: o- }8 i
9.     。。。
   2 G5 a6 ~, }2 l$ C: L- Q% S/ Q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 h# D  }9 p5 X' n$ X" G* x
11. }
    : D8 h, L# ]  r* ?1 N5 S/ C
12. 。。。
    . V6 v' S. \+ n9 K9 p
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);
   ' J( Z8 G2 c( b6 q
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' x) r9 b3 W: w, N) j
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;
   . o1 {( S, J, i6 |9 j. a, S
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   1 [  e9 R* \& ?* d7 c2 w, Y$ @
4. {
   
5. ...
   : s& t4 A5 g. _. j1 Z8 u0 B) y
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   4 F7 c* _9 w# t& l, x! ~
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   0 H8 s6 W6 e$ Y+ j! ~1 e2 a
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   " r4 Y6 B6 z8 E8 w# U/ F
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    / y8 M/ m7 m9 ^. g, u/ e, Y
11.     while(1)
    6 H8 m/ c6 ^2 y# l, l* B
12.     {
    . v% ]" G  b) ]9 y  j
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;">
   / _% W( x4 X8 |, s
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" \
   ( O/ _' r' Q" A. K+ S0 F
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   * m2 V; m! o* ]8 V9 i
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   0 j& U6 M9 `0 t/ y: ~
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ( _% y6 ~9 t+ K( M/ D& F5 y
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - W- |* H8 ~. @5 s3 i( W7 F
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " \* J! d' x" N9 Z
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ' H7 Y7 |0 W% p( i: `( V7 [9 x* I; D8 Y
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" \
   $ x+ i% W1 M6 `2 ^) Q3 v
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 s8 E4 a9 }5 \" m4 x! w
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 Y9 F+ ]- ^) U, @6 n1 k
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   9 `0 {+ c/ V3 J2 k; U
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 w' I3 x* V& t0 `, G$ z; K+ C
10.             break;
    " W. X3 a; E9 n
11.         printf("sending boundary\n");
    + M; R5 X. B' Q. z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 F5 O; M, N" r- e9 I) j
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。

" h. ^5 c- |" N2 o2 C

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ d. w* q$ z: Q3 l+ j$ P4 w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   : _% P* T/ F+ I$ U
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 u) I, H$ z" O+ |. z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ) m9 R& \8 k% W* y
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   * d$ p) ?' ?3 h  V1 @) T* Q
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . Z  {4 C5 X+ x& X
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) P5 h+ J# \- [2 P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( O. n. C! d, x% d. K9 I* r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " r. w; b9 ?: V; @
13.     return 0;
    5 M3 n! T% S/ _+ B/ W
14. }

复制代码

# ^; N8 l4 S4 o/ O0 u; N0 s
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：
) k7 U2 E( Q- G2 Y2 t$ {# u. W1 z. Z
" W% f* X7 u1 `/ b9 ~0 i
8 J- b! S" I% I6 F! G

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   $ k$ a, W9 j# F- c
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . @& m( \1 J4 e7 d
8. picture.fin = 0;
   . }6 h1 I3 x. \! f: g# D/ F3 C
9. }
     @% Z/ l3 w$ q3 w
10. else
    ( z( t5 ^1 \5 h4 [8 J" t& G2 Y. C
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # V! L+ i' ?% {) |+ `
14. }
    ( w1 |3 a! A/ K; ~& D+ D
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) p- I# j+ U0 ~
17. if(sendbytes == -1)
    + z! \! C# |. j2 @& i1 x3 Q
18. {
    + m5 _& k- d5 h; v$ c
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ! O- A4 I: R" [# _7 `# ?5 S
21. }
    3 R4 Z' G8 Z$ b4 g. y
22. else
    ; h, `- Q5 Y! u0 N5 F
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + E1 z7 H& ~& L& `
25. }
      Y7 S$ v: H6 |
26. }

复制代码

. U8 u/ P1 F/ U' v. r5 A2 [
/ L/ _. V5 X4 h$ T0 ^, `8 o# liMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html