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

7 m/ }3 v6 ~) T1 c

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

4 z& v: @1 ~0 E7 D2 J# R

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。

  _: n# o+ D% L! I$ z- U3 z- U, `

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。

  
    B  U, c# n1 f3 p1 b

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

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)
   6 ~5 g  l/ d) g
2. {
   " ?' Q6 h) i4 b# Q% E" X
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   - ]  N9 f9 S( q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : m+ l3 M2 p/ h; i7 T
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # h$ n* Z" Q! ]0 [' N% a. h3 T
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ( ?5 f  E+ s7 ]
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   + l! y0 r# R! h9 m/ n( Q
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    " l" X$ t! F" y0 @$ K6 a" o
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * h! I5 m/ p9 e5 T! d7 C+ x( z
13.             return -1;
    9 d5 R* G+ l3 W+ _, G' O% J1 P* e
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    & G0 u7 Z+ @" z8 Y8 Z. S( E
17.     {
    % z% z8 B( A7 L; R# B
18.         printf("setsockopt error\n");
    & B) W; `8 k4 k: j- L& o( V6 [
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 W5 s2 p, p' F% |# S
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    3 r8 R: n, O% V) G: F; k  [
25.     }
    8 H: \/ a0 M4 Q( F3 c4 `
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    2 h" t1 c, D+ P& y% M# `6 r- f
30.     }
    
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. {
   
4. 。。。
   & C7 i# O- C  G) I
5. while(1)
   2 w! o; r+ i  ]/ c) M# w  d
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 x3 t! l# f0 k( ~; ?5 @8 ?( i4 t
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & l6 H4 f; Q# c. z3 f) u9 ^
11. }
    4 Z5 C* {" m. a2 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;
   % g- n6 P1 @0 M$ _
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[])
   8 f4 ^, |' ]! k6 x% x3 i& e) ^: n
4. {
   , t. I$ v/ H, \- A$ \1 {2 H
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # V! V2 [: A$ c# G8 r- Q4 P
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.     {
    2 E# S3 s3 o% P. y" `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ' L% M2 K, D  M' ?6 G9 C6 V
15.     }
    
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;">
   
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" \
   , t2 M- |- k% X
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" \
   # k8 M3 l; K8 k# Z  F
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' W+ K( o4 e- t
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' G  @1 ~  W5 d" W1 G6 I7 V& E, ?
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ; Z6 O8 E6 G8 v1 j4 H& f; D
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    1 b% O1 ?* z( Q
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 O; D% r5 h" J  Z2 {
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " t# [$ `0 D2 G. u' J8 ?# j( l4 B. j
16.         free(frame);
    & p# l6 w. D5 k0 y/ G$ U
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" \
   / _7 W  V# H; l: r
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   0 I7 n) s) D% q; t0 t
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   4 _& e' U& |+ E; O$ B  {* _
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! d5 J0 V4 y* j, u
7.             break;
   4 L  `) Q! n$ f- ?2 p0 b3 r3 c
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    1 v) O% E! S& X1 L9 l' }
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! b# |  q. K5 q. }9 R
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % v) P" G8 p) Q. r5 A" X/ _; H" h
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。

6 X5 c5 t$ ^2 O& c1 E$ R# H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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   & i$ |3 k- S3 k4 U9 e
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 J6 b( H4 U0 t
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    3 v3 L; M( y5 }/ L$ P6 W, ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    7 g  P  u1 u: j) F) |
13.     return 0;
    ! k* C3 z1 L$ O
14. }

复制代码

2 m) f3 K; x4 k' T4 y
+ P" k' `* @+ r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：

# T. o% s5 H# e5 |

1. while(fend > 0)
   . H( p) B# {0 h, l4 u
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : @+ C8 m; n4 R6 ^" R; ^9 ~
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   2 y& i/ X1 T! c# n
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   - n% |1 y. \# f" I8 ~8 m
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ( l  ^3 s2 a9 R/ z$ b* g
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    & [7 X( Z' x( [" N+ ~+ Y. v
14. }
      x: j" @8 |5 ?* X5 d7 Z6 F! G! x
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ ^, ]: N: S0 ?  W
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    + Q9 u0 X: h1 D& ?& C0 L- F. r
17. if(sendbytes == -1)
    8 x% Y* y1 i) t  F
18. {
    7 e  \' \/ p3 {, A
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
      U0 [$ L/ F% j* Y. R6 z( Y
21. }
    + I- k' B% l6 ?+ I
22. else
    4 r+ B( \+ a: x" O5 S+ t) {
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

$ Z+ B5 `. w1 k- `2 |

6 e6 {3 S! [; M1 l5 N" DiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html