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
- s& _% F' q9 X0 G
' e/ U) G( p$ V

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。

" i: Y2 o$ E* t; M+ R, A( g; 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。

  
  : ?7 k  D  x; A6 P- t

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。

) u" D( Q2 I* G6 p; t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. {
   - q9 S: D, ]! a! v4 e. R" e8 D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , |; C5 u6 M; h5 t( Q) Q8 H/ R0 U
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ |1 z9 u- n/ X! j$ a5 ^% e$ S
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)
    + B' K: o" e& q. W
11.         {
    + j- I2 G* `6 ^/ b: C
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    4 `1 Q+ x, p# d0 Z& ^
13.             return -1;
    
14.         }
    ! ?: s" O; e! |) L
15.     int on = 1;
    % T# a& ]" X: T  c( Q5 n8 J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      T. v3 d7 S. _  ]7 H
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . ^* W: q" Z/ r# N9 z0 Z. {
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , X; p; l9 R, \( l7 c- z- G
21.     if(ret == -1)
    0 d7 \. y$ K' ]4 }5 j
22.     {
    ' N5 F0 y& L' Q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 \$ n- E) D3 i, c( w3 ^* g7 `( ]/ w
24.             return -1;
    
25.     }
    : P' A: }: k* ~$ D- ~& u6 @, H
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    3 {7 m1 m( ]; D' u
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - Q: @. j# ]; Q& b0 ?; E
29.             return -1;
    
30.     }
    . N7 [8 A1 l7 J( d4 ]& a% N* a
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. {
   7 B  T7 I5 X8 V; D. N7 J+ D/ S, q5 o
4. 。。。
   3 ]) e4 r# ?& p7 Z8 u6 H( z5 y, I: {
5. while(1)
   - P$ B2 }  e. ]( Q7 W
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ; L% z8 H. |0 s$ q! |
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " {) g  G1 S0 ^" P
11. }
    
12. 。。。
    5 k' Y* o9 G. [# N9 Y% c
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;
   ! O( q: o8 b# z" d' d- b
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     E6 M, W" d! T
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;
   . Z( h/ T7 A% b' v6 n3 O. H+ p
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ' d8 d) D- ^- C6 R$ P+ A5 J
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; f& ~3 o' I$ o& [; \' O* H
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   - d' Q% `9 |( ^8 g$ \
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    / C/ \* N* q6 J
11.     while(1)
    9 M" [# P$ j' t! m7 |7 q. u
12.     {
    # w* p9 Z3 y! F" B2 C6 }+ j: P6 n
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ Y, e$ X) [4 w1 w
14. ...
    1 ?* ^7 V) Q: e" F% f  D
15.     }
    
16. ...
    / v+ h! f' f2 g# h0 [9 J
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;">
   - p2 j! D$ @2 ?8 B8 w
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 H; b# ]5 k. j7 p2 d' f: @1 d5 h
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ' B0 u, \/ o8 Q0 j2 J
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
     z; z/ M, y( V
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   2 Q, h9 e6 b8 \! ?* r* s
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' Y, u6 o% k3 z: O/ J7 V& @
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 \
    ( n4 {2 A7 G% o+ Y3 j# S8 c2 ~4 {
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ; X3 W! Q: C7 f# D0 L+ X! d9 Q
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / s+ D/ F, C5 v0 @8 b4 ]
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 B3 Q8 q. K  N2 I, L( C+ a3 [
15.     {
    ; S/ m# \, f- v8 I! ^6 G
16.         free(frame);
    ( C- J* i$ u4 t4 V& [/ A
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" \
   ( P! a' m: a4 F, c+ K; n1 ?$ E6 `' }
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + A; [- s1 z) Z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ' @9 V1 Y$ v  X4 }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   : g& }) h- k! ~) J- ]4 Z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * P2 Q# r1 T5 V. U
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      _* Y0 T5 |) I: R: L' R
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。

/ ^3 A  |7 F7 h0 V/ B! Q: q

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)
   # B# }* g- i& R) M6 U. r
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 ]4 |( \# ~3 o6 C: Y5 m3 N6 x1 g
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   8 m3 B8 x, \! Y6 a4 i7 U
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   # s, K# ]8 q4 e* v9 R# ~: W1 s7 B
7.         return -1;
   
8.     }
   ' Q  Y  c* D  k! ?
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " b' i3 _) P7 P! a: l0 G6 ?
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：
$ ~# `4 c) e0 O+ ~) w( w# J
& F. }( m! k) u" x2 a, n

1. while(fend > 0)
   9 \' l( w7 r! P. J% r' C9 Q" h, g1 A
2. {
   " P; X$ B5 T& |% C  Q5 Y
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % {) [4 y: L. L# [# I  ~, f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   0 K1 c+ @6 F- b# G( [% N$ F
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   : X2 b+ k, o; y7 w# q7 |* S, g
10. else
    
11. {
    3 I. T3 |0 o/ m6 P$ p
12. picture.length = fend;
    1 ~& O2 I- z9 H
13. picture.fin = 1;
    5 w2 R, L: V8 e- |: t* _% R
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 [" ^5 P3 x: K8 }0 @, |. u: R( E
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    2 g" H2 {8 N* M" |7 W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - y& V+ k& t9 w$ _" C8 Z
21. }
    ; [5 n0 Y9 u* ]1 f$ k! c
22. else
    9 G* n! G' q7 A: b' b/ m9 L9 i2 @" M
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 U! k5 P& p3 c, r4 T- t3 A% h+ J9 d$ @
25. }
    
26. }

复制代码

* z! R4 g5 ?4 A8 X# z& X

) C* _  x/ L' U  A' Q$ {* h8 Q+ A
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html