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 O$ `' U, G, ?9 t

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
$ l5 }1 ?: ]6 x; x. i

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。

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。

  
  % w6 G4 h; W( {& y* v5 Y6 N/ |7 F

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。

# L5 L) m/ U# Q, B$ z5 x% k4 f一、HTTP网页服务器
8 @$ o0 M/ b/ e/ s

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)
   1 ]* \( Z$ j; a2 q( j/ q
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # v- X0 T' N% X' I/ L1 Z+ D2 a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 \5 [. }, V2 b. ~. ^
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   / z7 [5 ^8 p5 t* J6 ^8 {) p
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   $ @( D* d) c5 `
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + z  W3 Q" Z7 l: z9 A9 z" l& |: u
11.         {
    ! @5 G( p, }' A& [  [1 d
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    5 N# {, j' `3 d8 x4 r7 y6 \
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ' K, w; @: ]% _4 x$ y7 h. c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    9 e& m/ C% m  _
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    0 s& x$ q) S6 `0 {* ?- X# c
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ! R; w% B" o) Q" S" V/ q: L
30.     }
    " O, h- g) H5 P! q2 h3 P4 u) |
31.     return 0;
      q6 Z0 ?1 c+ V
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);
   " Q4 \8 u  z* T
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! d7 d+ R- ]6 }% N3 U" |7 j
3. {
   7 [  }! ]" u. W9 ^
4. 。。。
   ) `& U! E* L9 B: U+ H2 |; ]3 ^' n
5. while(1)
   ( ^& d4 k& m8 _& E* Y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # s0 p  Y8 |' U9 t0 O* S5 z
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   8 c* q# H' Z4 E: Z. ]
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    0 _1 [% y% c! @
12. 。。。
    5 U* f& ~0 N8 O& ?" p# e0 b
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);
   6 z" W$ g: w) I1 Y
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " s4 y5 C5 q. s& B
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;
   ( K/ w! F) G! E
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   1 J# Y+ I+ n  H6 v' a- G- M8 X. j
5. ...
   & V7 k- k9 f! s1 r' ]" e0 ?5 f! F
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + t) h% O0 T* a) H4 ?- ^
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.     {
    9 [& Z7 v* u) U
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 S. S( J; ]# c2 d7 u% t" s
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ) D* K, f/ \( ?7 b5 t+ J8 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;">
   % M; @- _! J7 @. n" ~+ |3 s
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" \
   3 l. E/ E7 z9 X" W
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" \
   9 J4 i4 J$ t& i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ p" a' g# h9 e0 R- ]3 V
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 f2 |$ _- {7 q  [1 T- ]
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + f# m4 E: F& M) _
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    3 O# ~' E- k8 p  U
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 T' X4 _5 D8 y- v6 X& N
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 T, E- h: ?0 l4 s; e8 u3 ?
15.     {
    ( n" w& g' r2 u6 N) b
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ' L8 A' {) R8 f8 e) _9 w: 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" \
   ; J# K. V/ V2 Y6 t3 s- F4 Y& K
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   4 l' b' g) `( t+ z# ^$ s; V/ z
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ y5 ^. R2 h. C7 e
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   " F0 f0 n4 B7 K# v% E9 Y6 P
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # z9 g% J  Z5 j( i
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   3 ~9 y$ @0 Z; R: k) P
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - B9 {! h8 ^, }) V- ?1 m- P. S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    1 N7 f1 {% d5 R  s
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . d; X- ^; r( n* V  B3 x
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 h! F+ h+ ^* J5 c1 d

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 X$ \$ Q* p; _5 C3 I

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   5 _; @* y: G7 o9 A" L: R
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   . y* d- @) y3 b5 B- M2 x. U
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   3 `& \& Q6 \# {
7.         return -1;
   
8.     }
     l. o" G/ ?0 B. W5 ~' K
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 {& G+ ^  d7 a, E; C+ D$ }( d8 t  c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
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：

: N6 E' n* v5 X, @0 l; b8 T

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   6 J- H1 N* ]) X8 ?" b+ m" q# G6 |$ m
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   " v+ [6 O0 r4 s( r4 d  z# W
6. {
   4 b  _3 @% Z) F' H5 q3 t0 m5 O5 |! b
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 N4 X& j/ E$ f% \2 C+ K) M
8. picture.fin = 0;
   % b5 C. e' v6 s* D" V$ T
9. }
   
10. else
    
11. {
    0 u1 _3 c& T( R3 Q  |: @/ Q  t' q0 Y
12. picture.length = fend;
    " U2 S, ^2 S+ z& c! f$ S' G
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 n' I8 e! j# u3 D: r) R
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    3 ]% a% t  L- X9 U% g1 b! n" U
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 h# \# _; n6 K5 s
20. return -1;
      [/ w+ b9 i/ I+ F# p
21. }
      J% _' o) U2 Z" E* X9 K
22. else
    0 J. S- g/ }4 @0 O% \
23. {
    ) u2 |6 I7 J7 a) K3 V
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    $ j' u' t3 X% k5 ?$ G. Z# P
26. }

复制代码

1 N" \- |# O' ?
$ v" ]2 \) |, A' riMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html