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

* p& a, ^8 K) v! {- g0 c6 I

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
9 p+ D2 O4 I1 l8 @& m, y
4 ?4 ?& _4 {; @% b% x7 Q

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。

! j  p& I7 u# W0 J

3 B. v2 q. W- R1 r. K* c  t

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。

5 O4 S; n  X+ j9 V) X9 h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)
   " X5 h0 q& ]% b+ c) U: @
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 i  O$ c  k7 q# _$ a& {7 X% A$ l
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * }9 v% o6 O$ t) u2 w
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   & J) Z8 U0 J- d6 K
9.     int ret;
   7 B: }6 _# f+ p0 u6 n4 \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( P! V2 u) W: s+ l3 a
11.         {
    - f% }. j- S% A* z8 x$ S6 C9 `
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # T9 z: \) Q- Q. T
13.             return -1;
    ' j1 y& w+ q6 t% ]$ F
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' e3 F3 v, }: |3 p; Z( y) G$ h
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( g! M+ z& w$ V; |: J  _, _9 s( d
17.     {
    4 y( V% e# r3 ?2 }# l% X+ a3 e) c6 U
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    $ f* G2 [6 H' E$ H6 W; ]- E0 O4 L+ k
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    8 b8 `& F1 |4 ]$ |. C9 q
21.     if(ret == -1)
    2 \+ @/ n1 I0 Q' e
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    7 n' C6 F2 J" S- E  {9 I
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    4 p5 I" D6 c+ N# n3 ?; R9 V
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    ' u. B. |% a. o2 Q2 o; c0 n: G
31.     return 0;
    : P: Q+ h, d/ o
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);
   . f) K& U2 B% \/ t" C9 o/ @
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   $ x9 N8 b. `6 P" d1 {2 n
6. {
   2 ?* L- l. F4 T+ x! R1 M5 z
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - x" X- ]  [# X: E& G' o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    : `; \5 B! F3 n8 @! ?* E# b  B
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;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ( P( z  J' o% H/ j# S, ~& U" b9 z
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;
   0 J9 I7 B/ _: X7 L
2. pthread_cond_t pct;
   " |- n. _8 ?, S9 }4 k; z9 L, ~1 \
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   5 L' O3 i% L0 s. ?5 ~
5. ...
   , {1 V  [" ?1 b% M  }: @1 H9 F* s
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & g& p+ o! y5 p# Q3 L2 q
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / `: w8 w# }' o, y( }: |9 {8 h
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);
   0 i2 x/ P& ^( R4 W
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    4 Q; k2 T- z) F& w& k. a7 `4 Z6 F
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" \
   6 E: Z9 k' \# ?' j
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   8 D/ n6 q7 Z4 S- r' l) [
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   , T# I6 |+ w( b6 ^1 z( u
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ) o& {) g- m& N$ a" j. \
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 ~6 s5 ?+ U$ L- K3 J2 y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * @5 K, h/ e: A0 q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 b/ L* n& @7 k: `) Q5 _8 A
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    : p/ P8 K$ @1 `) |, B' @  x
16.         free(frame);
    
17.         return;
    6 I- _3 P+ Y" ?8 N5 a
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" \
   # O- b* X3 k( c  k6 q! ~" m
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   2 v) _- \/ W& |5 q, j( l0 F. ?( v& X
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / A, J. q/ K' i( q
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 s" m- [# V5 B- C) _0 T
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) f/ f% C/ X/ Q
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " U* g" C3 ?5 n
7.             break;
   . R' j" D$ _6 \5 ]! [6 G  w
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     L( @$ L/ T0 D6 |0 v
10.             break;
    7 p7 h( _2 C" F% M4 y  [; q  H
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

8 O  ]. u, V/ o7 ^. U' m: p# _

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ N( w7 R* A! w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   * k" M$ g/ Y+ U+ `4 k: `' T( c" y8 k
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) l- r) [0 @4 ~: ]6 o, J8 w; a; W; c) G
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   , D' h* o( C* d( ]( N
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % t  b/ y4 ?8 O6 C4 q$ L
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      y8 s8 Y9 m* W; z7 U
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：
& g. R5 j9 F. j* x

1. while(fend > 0)
   # j) s& W( M2 L6 v" n" H
2. {
   ' M5 _- u( I" x- `% a' v( h' T
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / K0 N6 I0 p# m5 i2 D: o0 ?# m7 B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 W: {' j6 L5 ^7 w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & w8 p# o' m; k% Z. P5 f
6. {
   : ~; w# L9 \% q, y- P6 |
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ; p& U  q" b) W6 W
8. picture.fin = 0;
   ) l6 F8 w+ r" E/ ?
9. }
   
10. else
    
11. {
    , B: p" _5 v6 s# J+ Y
12. picture.length = fend;
    0 ~: @6 O" A' G" L" P
13. picture.fin = 1;
    
14. }
      U' N7 A, Z( v- A2 }# M7 x
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      k! \: U8 o  L
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 V; E& l8 B0 h" L3 O! p
17. if(sendbytes == -1)
    9 [% \$ [7 C6 J" s& m
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    # C/ z" E/ }' b3 O8 g% u6 p
21. }
    & I- b- k4 {+ \4 r* U' q
22. else
    % {& z' s: v5 s
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

" n7 g) {3 t( j  I1 e1 I
" U* T# \- R8 g

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