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

8 u. E9 N' P5 A

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
5 w! |# ?! W( S5 ]; U9 B
4 Y  a0 [- a* m  H# b

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。

' g& O# {; n( T, J0 x

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。

  
  ' _  U  B3 g$ l3 g. k, b5 Y

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。

4 P1 q8 N+ X: X% I% K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. {
   2 {5 t% P3 i2 l0 W& @/ v5 I% p5 a8 ?
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 U& I  M. O; G( L: v
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) L( y7 \% U0 i, ~& l
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; U6 R1 Z. Y5 q' E: |/ t2 ~
11.         {
    ( p: C% w! s# m4 s! n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    % F- |, n% f! A7 H* O3 a
14.         }
    # O& m1 P/ G2 c/ Y# x# ^
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' h. y- @7 s& m1 v" @" i
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
      J7 J  W; {2 w8 a
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . M& E: x5 ~9 |
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( {/ _' r# o4 O: D, ^! a1 g
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 P+ N6 Y4 A) ]! O7 Q
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    3 i  k( u" n* y% X$ y9 @
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);
   4 P8 z- M  r( C5 m
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! e5 V2 X# N- S1 N0 F. j
3. {
   
4. 。。。
   8 L; V" m9 S; P; k9 E- G
5. while(1)
   
6. {
   $ Y: S6 `7 R2 [: M
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   " |% F5 j/ H" f5 A) F4 w
9.     。。。
   8 O% O0 K9 a) t/ Q' S. m2 ~& M4 k" r) s
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    9 ?% w* i8 v; `- H, O
12. 。。。
    - X+ J( \& g, B# _; o# r
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;
   % y) e" k# M% T7 N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ) g/ f: G' N7 k: Z: \; H) g4 ~
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   5 L5 g" c# r9 c, |4 \: ~: V9 [- I
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);
   7 N4 b. G7 H: y! q! B/ v  i. m4 F) n
10. ...
      H8 |; M+ G  ~) _7 g. X9 j" d5 \
11.     while(1)
    0 Y6 q: p% v+ g, @
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    8 l) R: E8 S+ l
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" \
   " p" g/ |+ D8 R
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % m" s) z& f4 h# ^# w5 a
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   , B: x$ P! E( H/ J$ z0 r
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' Q& M& b% D8 s1 u
7.     printf("preparing header\n");
   6 t% f5 y7 {+ K6 ^( Z8 y
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ N% _% M( r* [, c8 B4 Z% o. ?* P
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   + T: u0 J4 R3 n
10.             STD_HEADER \
    3 k, U: ?1 t- K: Q% B  H) Z
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( \7 `0 b+ ?' n5 h5 l9 G9 F
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    + N7 ~# T1 w2 C2 Q9 e: }
16.         free(frame);
    " e( J% T% T" @4 l6 \6 e
17.         return;
    $ i2 ]* k7 |$ q4 V" H4 x- J
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" \
   $ @% X0 e4 R( o8 s% ~
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);
   ( W& R0 _  Z) Y* L8 D$ H
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 t+ d- d6 _4 Z. Y  n7 _# y, x
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 w& r  j( o( h# C7 s. m
10.             break;
    1 |, U/ P3 j8 l; e5 m
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; `4 O! |' ~1 |9 ^  }& k" 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。

8 w/ F4 s9 o- h% q8 h% H二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ l, M& k% Y0 E) s: L; E" l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   . e: P' w3 l5 K2 x, g. e  E
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + E4 ^7 f' {9 i. K$ Y- s- r
7.         return -1;
   
8.     }
   9 a& [0 ]# z/ }) |8 d. R
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; `/ t/ W: `: f& y+ J; ]
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; q0 D$ P# P3 Y7 H. j7 ^/ ^7 h
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    4 w) u. @$ |8 q  E& o
14. }

复制代码

) I  o$ f2 X  K- A% U
1 V' u9 p' Z7 ~: C! M3 {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)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : k8 O7 T+ R; W5 W0 A" p% h2 a5 C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & o; U4 s. v) E+ K/ r$ e4 A# L' q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   8 N, p; i. A' x) @' h# b$ I, Q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 C" D: C" {; ^  A) f8 F1 ~/ X
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ) \2 r2 J: Z, F; q* Z7 P) A  f
12. picture.length = fend;
    0 o4 G* H- G4 r9 ?4 f
13. picture.fin = 1;
    & X: y$ C3 L+ t! {6 I: {
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    1 b& k1 o/ h" u9 |" W# I  i
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    " k; O( x5 n1 T, z, V
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    ) f7 p8 F$ v  f! G2 M( x# ?! @
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    # ~* B8 i0 J% C! A  {  z8 G3 V+ h
25. }
    
26. }

复制代码

5 G: V: M; }( E4 F

) R* ^* M. f* J9 HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html