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
1 X9 t9 S# O3 i- f( b6 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。

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。

  
  ; _+ E8 _0 {9 p/ y* n

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)
   3 s7 [4 C( p; |0 s
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 L9 o9 P- \/ ]2 r! Z% {
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 h/ w, n4 O' L) @
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 n6 s! x. L9 O5 D
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # |) Q% L& ?3 e) B1 l3 o
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ; Y" T* {! S' t
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    % I9 v% N1 n' a( h' W8 c# ^0 T
18.         printf("setsockopt error\n");
    . ^' l2 C4 v6 m1 X3 F, Y
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ( K- y- v& ]! K" d9 v4 m
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! }- H1 Z" J! y# L9 b' V
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ; J& g* D( D5 @$ E0 M, o+ J9 K
29.             return -1;
    8 y) E% O: x/ c
30.     }
    8 Z$ T' {+ D( i! d* L
31.     return 0;
    2 O: F3 F; R/ `! p% _
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);
   0 I/ w2 K3 {, \* o' ?+ U
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   3 B# H, P# `1 L3 `6 c) z
4. 。。。
   
5. while(1)
   5 W* |( M3 q8 ^
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' }9 f) @# Q% O+ f& o/ D2 S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 S/ W3 B- u  V; P/ E
9.     。。。
   " k9 P* h; [' G0 N" {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    5 d3 ]1 N- I% \5 s9 h
11. }
    2 H2 G1 [7 U8 C9 h
12. 。。。
    6 A, }/ V  G' A! i( A; P! y5 f1 F
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);
   7 H/ ^) r' m1 s4 ^
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . {7 ?: |/ W; x6 [
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 [4 |% J: t6 D
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;
   # U  q5 G, Q) M8 l) x
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   . |1 b$ A: W$ w) F( I' H
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.     {
    : \1 b( O- [- p1 J& ?# J! q8 w& H
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      s; O3 G% }4 H* ^4 B( c: t
14. ...
    " z9 T# }: [) K4 i% m
15.     }
    % g7 B% p3 ^7 l
16. ...
    7 R  c% \& x- e  a
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;">
   8 v% r# Z# d# Z" F
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" \
   % D; q- W7 o7 _% m
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   " i/ E& A  X& C7 t+ `# i* m8 [" Q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 X# u. F2 L9 b4 I4 y+ b" v" N8 W
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & `% Q, b" z3 m8 ?
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   / y3 S8 [5 F0 O! W- N, K
7.     printf("preparing header\n");
   ( x; T/ u  Q& e! E- v- A& W
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 _- m% q8 e+ U) |6 z6 s
10.             STD_HEADER \
    / E1 W$ t) C6 O5 {' W9 s5 t- E+ C
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # B" c# K- D! `% d/ @/ \$ u) ^. l
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    - ?# s# p" E& a8 @& o2 L/ _3 q1 m
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ! W9 L! Z( ?5 _  q8 y/ C' z
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" \
   & `- ^0 ?3 }' r" u0 K# K' p
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ e6 s! U- H" p0 d
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
     t0 l* L% G& @
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 F7 E. r( N5 T
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # `$ c# H/ _4 T; _/ N
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    + U+ q! Q+ X) T$ e! ~& x- d6 i8 o
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 w8 \% h/ G) ?9 _2 j
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。

8 q5 O/ ?# }6 \7 r二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% ^  u; z. N& p" ]0 m! e& {3 I6 t, w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   6 n5 q$ I7 V* t0 `
2. {
   5 b* B/ }- q( M9 X" d, \8 a, P. f
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; Q' L' _. ^9 G# X- |
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   # t" c- a3 I. z- R; Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * D0 g) S  q4 k$ Y3 |8 j9 g2 P6 z
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
      t: b/ z0 S, I3 r0 d( E/ F
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：
& Q  t4 O5 H! t0 C% V5 u

1. while(fend > 0)
   . I  [+ x* v/ i: [
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   - Z! A2 n5 {( ~: [8 M
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % l6 N' Y* c4 {  M$ L0 n) y# {: q6 \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   # O$ Q4 k1 d% s+ ]1 Q( b
6. {
   : ^1 v9 S4 x- v
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ; u/ T0 l( b; t3 O% c" t
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   , ~) D4 d4 P$ t0 [5 f
10. else
    / Z' \9 n. x$ M; `9 u1 F7 T
11. {
    $ R1 z& f0 s, e3 w! ?/ a5 X
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    0 d1 W% \) A; p
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
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");
    # i: O9 E5 X0 Q( u
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    & k/ g1 N( `; V5 [: w
23. {
    0 p: X, |' M, A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % `, s: N4 k5 {( h2 H6 ^
25. }
    9 U: q( r  t1 E6 f
26. }

复制代码

, P( H( J: M0 q2 W1 A3 g/ ^6 B

  H5 c5 `( H" _3 U% g' o: i5 D/ {
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html