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

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。

/ B# w$ o- e; z- {

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。

  
  ' j! e. z3 Y+ f9 M; \

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。

一、HTTP网页服务器
$ C( O; v( \3 N7 G  U( K  k

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)
   . F1 U- p) G% [2 c7 q1 f
2. {
   / C. s3 |* ?$ E% A  g
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   6 U8 b6 k4 V( M
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 p: A/ G, f6 z1 w
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)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    5 P9 e/ ?0 p5 B: \* F% K! _
14.         }
    : @% I/ Q, _) n2 D( E. `! w. n
15.     int on = 1;
    # h& Y; N$ H' C; d
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    1 B. W. c1 o2 q* ~; I
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; W' c( ^9 u# m3 w/ w/ q1 U' b
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( s" E: B" n9 D. ]! F0 Z9 N
24.             return -1;
    9 s9 _) B* Q2 Z, h
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    , p) V: P* f  d7 I# D
29.             return -1;
    3 r- F! r! ^3 C( i: Z, O
30.     }
    7 @2 R) I" X3 F8 m: W
31.     return 0;
    2 {, ?0 D' @+ J' {1 E
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)
   # z: P" B7 I  ~4 h
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   1 q) Y- I1 f( `
9.     。。。
   - V+ A  H8 m( O9 d0 A* \
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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);
   ) o3 F& o4 g( D4 ]" h6 v0 T5 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   7 M, e( i4 }2 k8 E
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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[])
   6 _, }. E" i+ d& r0 e
4. {
   1 k/ U7 q5 f5 M+ h5 O3 n
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    0 f& f% n- G5 H8 r/ V  z- x# g3 H
15.     }
    , k* U* J/ g2 |: D* D( |& q
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;">
   $ g6 E1 O$ y7 [7 q5 j
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" \
   & R( S2 ~7 C& z# A7 r' F' F
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   8 h# t/ t# a$ `3 }- L8 g
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   2 w+ W) H9 O3 q3 }
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");
   & F8 ]# Y) h1 ^* V
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    7 K2 R" C: @+ Q& w2 U- X1 t
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    & d: X3 `) Q- ~: \+ }- a
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      m, \; m/ m- Y$ P) C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    + L. c, q" h3 g. ]9 h+ v. l' ^
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" \
   , P9 t+ W7 A9 y" W
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   - p9 N2 g3 }* r) z8 u% v
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # A0 D' s) o- t7 K; p. h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   3 _# X5 w* n8 Y
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
     L& E, v1 x  \8 R
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 f4 B/ K- [9 e" y! c  Q% M, s
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; f. S! K4 U$ d2 V3 m9 _. f
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 W% Q- M3 |9 c# X5 n. u+ S
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。

, R" A4 K% @/ A; O- o+ Q$ H

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ G% w0 y3 w( [1 g& [$ g% q4 G6 p

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   7 r* z7 c+ k% l( s( k
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : G- z1 [1 j3 L  [4 h" m* D
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 f1 V8 c4 J" k
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " F2 w! L* X1 ~; F$ H' E/ e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 o* [9 x- e, w( I. C
13.     return 0;
    0 X( F; i) Y2 p2 d1 [! t
14. }

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2 z+ _) i& r5 O' k# i7 k
  ~; a# i$ p; k9 U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：


* R2 D5 g* s2 x6 T* v/ X0 n

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 n+ w5 S' G8 o' M0 ?- G+ l
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
     j3 [, L  b9 ?; I/ t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! {& S( P  r% ~5 y  `; N" e
6. {
   ) c& {& v$ Q' q- D% s  r2 g* J7 M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / p: j8 C" K5 m& n% N
8. picture.fin = 0;
   ; A' h. W8 R& `
9. }
   $ a+ \! H/ O" H9 m8 E4 f
10. else
    , l* ^4 ^" d/ w+ m: R
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ( E1 N6 o0 {. y2 G  T2 L: y: \
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    8 y4 ~: l, D+ C' Y0 n" m
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) E! R7 i6 \( b* i. x, \
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ! o$ g+ A7 J: `/ M  f- L! z7 T
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 a0 M! I) K6 c
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    6 V) K' \1 W, m( f
23. {
    ( _9 h" u" t' d; x7 P, x6 Z1 t
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' K, R. V: \' w4 b1 h
25. }
    
26. }

复制代码

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