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

+ G. ~) m! R, B: C& k

4 E4 M8 v( g! j

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
' j9 l4 e. B# m3 T4 S

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" C8 y0 t* @3 Q: p* F) o

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。

  
  1 N; L. I. Q7 ]4 ]3 z$ j

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 t& C  P5 @7 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)
   ! k# v* ~+ V8 k& S+ v! k
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 G: y9 a8 k% W" V4 n1 t2 ^* a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * A- ~9 l$ w+ d6 S% J: C& B( V9 z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; M7 [% w! I5 h4 O7 ^
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " h: Y  s/ `4 z' k/ F1 G; i& o
11.         {
    8 C  t/ ?3 R6 [/ Y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . }0 _0 h& u+ b6 B5 X+ u: f& M; D4 G
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    . c% ]/ @. p9 ^0 s$ y
22.     {
    0 K$ V" s, F& O; [! R
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' M) N; j4 K2 n3 N% M2 o
24.             return -1;
    - W- O& a! f% m% \6 m" g+ Z$ U
25.     }
    . d- V& [! f. h6 t4 }
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 U! P$ Y. H  C
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    8 |( Q8 L  U! _7 W
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);
   6 B) a9 q+ f0 s2 C3 m& g: j4 M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   $ J' ]! s& k; h5 O0 T3 M+ U
5. while(1)
   
6. {
   6 n, J( T' N) a
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 ]7 p% P% q6 h
9.     。。。
   9 P4 J; _# p2 O% E
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    . j8 G  P) D: Z& M5 l
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;
   $ }/ W& k: ]3 X( M8 m( ^  ^, R1 N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 K, m: t; J5 L* ]" B4 a0 |" Q6 d
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! {9 X: _" D' b. X2 Q1 g* `* k4 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;
   % S3 O6 i* _1 H) a$ O
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   . @2 N% `! N. p+ L$ C9 M8 q& _; H
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / D: r4 ^8 d: n2 J9 S( i4 f$ {
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   $ L8 G' ^5 r& ~, l  Q5 u0 U
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 C* x1 n! k, ]4 `# [/ D0 t# I
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    & c5 D8 T0 W) w1 v4 a
11.     while(1)
    
12.     {
    # f! K/ ]# ^+ {  Q5 ~2 Z% s
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    9 l- \2 o( @/ l# A! z! h- @
15.     }
    ( M1 B% ~% n6 I) x6 d3 D; V3 v7 z
16. ...
    $ }3 t0 s4 K* Q3 K/ ~' B9 v6 h
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   / }& h  w! S  b7 {9 O6 [$ H% z
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ) L0 [/ C7 X' A2 q
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");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - X9 H  S& V4 ]) a
10.             STD_HEADER \
    ) X7 d) R/ o- ^/ E$ w
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    # Z6 I( Z- `8 K0 v7 c' q* g
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 Z! D5 l  O; A: R! o
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : K1 d' F& }) P
15.     {
    
16.         free(frame);
    ! A; r4 U  r4 |, ~8 U9 P8 X: @
17.         return;
    3 O/ \* l; X5 X  E' O$ `7 M
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" \
   / z" ]) y( b8 @2 ?0 Y1 p
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : n2 @; {2 X# E0 p( x
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   8 d5 D$ h3 A* q: t1 V
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ) ^* `& @# j. @+ d6 T
7.             break;
   2 a0 q# G: I. t7 S' i( P: V! w
8.         printf("sending frame\n");
   8 c* w( N2 ]7 O" [6 I9 h0 {% y" A! p! g
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % T& ?7 I1 B" }0 l) [
10.             break;
    6 a7 w  s0 A# N( Z6 ~; Q
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。

- x  j# A- ^, J, ~

* m; w* ^% n$ V! }) e二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
1 G$ b) [* k8 q5 ^  c8 ?/ t

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ; U3 v1 X& M4 q1 F/ u. x& S  t
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; Z! u, Q- z! Q
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   9 B, H2 Q) I8 ]0 n8 X
7.         return -1;
   7 E  h% [; Q/ n5 O
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! w: H- V( e4 _: h5 j* I+ i) |
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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! o: ^6 l! C7 {3 c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：


5 P2 I) }9 h+ l# c. b. R& j

1. while(fend > 0)
   # Y- ^+ `+ }/ d) O6 g/ G# g) ~
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + ~3 G6 `0 p; M0 Q/ l, `5 z) |2 X
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' X0 d9 ~, D1 U: H' N, Y4 P' y+ p
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   7 Y$ o& I+ `5 F; _+ E+ {8 s
6. {
   ( A( B1 f. \: O
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    9 M4 C- j6 v; X+ P0 y( g
11. {
    $ A. i0 r1 z0 e' v
12. picture.length = fend;
    / i" Z5 o3 D" O7 A
13. picture.fin = 1;
    9 I( T( R0 v% F5 H
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * }7 H& Z' O7 n; [& C9 U
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + W( c4 E* ~8 v( t- _- K* b
20. return -1;
      o$ q: G& |- e, L- [) d
21. }
    5 Q4 B6 {# y: h2 t( I' [
22. else
    + s$ D* \' |! c" Z
23. {
    6 g, W6 ~' b$ |  A% ^% k! L
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 v0 o  O8 n% C. J& D
25. }
    
26. }

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) V% A) V* I: M0 J( E3 E; g" D) N4 D

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