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
6 Z: c" b9 u: D8 i! r7 f2 e

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。

* [) ?' P7 n$ @; ~. E; D" t0 _

: {- J. T, F$ y8 Y  D% ~4 j

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。

  
  / Y; v; R1 G- C' I

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
' [5 h9 r1 T+ u8 P) L& G

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)
   
2. {
   " w+ l$ q- z7 E! t
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   1 Y$ o" N& g; d) B& u' s0 A; g
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);
   * z' i7 O6 k: K7 m( u
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( P2 i' B  D2 ]4 K" @6 @
9.     int ret;
   $ l! J3 f+ ?1 K  ]+ R' F
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      ~( _, X' w2 z) W3 R( f, g+ e
11.         {
    ' c# i! f2 L% F- F1 y6 X% g" `) Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    6 H9 {7 s$ t* Z* j% E
13.             return -1;
    
14.         }
    - V1 f( g+ R' w4 Q6 D- V
15.     int on = 1;
    - b, N8 ~. f2 k8 c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' X9 |) t% Y% }  l0 e4 M( v9 e) {
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % J' K+ C( ?2 l4 q2 i
24.             return -1;
    
25.     }
    : a8 ~0 i9 Q! N( ]! ~: b) A5 k4 t8 X
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! d+ R$ `. y4 F9 R( ~+ |& T$ R
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    6 V  w, ^) ?! L( V1 D) _5 l$ \# S
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    + B$ d0 B' Q, B: F( D  I
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);
   " N5 N( j( ?8 P# v, v1 t; |
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 J  W9 l$ a$ u8 C4 g
3. {
   3 B2 V  u3 R' ?9 ?& w
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 i0 s0 V" d/ Y( Q! K
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & W' d8 C0 L) j5 B
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   8 c! O& O: C7 @
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 {5 K0 E& i8 y
11. }
    
12. 。。。
    3 Z- X; w; L; g1 T- }' [2 |2 z
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 H, \* L: u# H5 V* N
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   : ?! Z4 Z2 N; ^! S( n
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   % T7 A7 w+ A9 j" H8 \+ z
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 s8 f0 X' B, n3 W9 R) S
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) {2 }5 e7 z2 M+ O
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;
   $ ^5 a. [# X. ~- g
2. pthread_cond_t pct;
   2 ?4 j9 z+ K" h. x0 E
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ! V5 ]) Y: t# Y- Z2 `
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);
    3 F2 m6 m: x( J! C- {1 r
14. ...
    
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;">
   ) C7 B5 u3 l" ?6 N/ T
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" \
   9 ], C- H0 W: e9 G7 b: ~1 _4 W. |
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
     @6 c( R! F% i2 R
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" \
     O7 a( q0 A1 Q  X* V9 f( m5 @
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ( u* u# |) R( `# d, }- q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 q3 _1 \: @4 D. v2 i
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    1 R0 F0 b7 W  E8 u3 w" {- u# |
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ t) |) Y/ X; s  g
12.             "\r\n" \
    * G+ i& _# j! E2 l
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    - C1 F1 ~/ L: i" m, v( e
17.         return;
    # Z! i! W6 r' u% N' j, C
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 U8 Q' a' p4 ?' G8 G
7.             break;
   5 l8 ]0 `: @2 p6 [; f  F
8.         printf("sending frame\n");
   ! O( o8 {4 y0 D/ L# b; s
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    8 g" l8 I) ]1 N0 F0 R
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + A) W- P( z8 I# D- Y
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : Q' v6 ~: v$ c! l
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 L# O7 i4 Z: O2 C2 }: ~+ f! J

! q& B6 ]! b0 y% Q1 q& M% \, ~二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ ~7 T' a1 x2 X* J

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   5 [3 j9 n( ]0 B( m9 y. o
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / J4 S. P( X# k
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ e$ F0 X- ^" k: R
7.         return -1;
   ( ?0 s: \* o1 s) X+ Y
8.     }
   + t, W# y: F% t* f5 j0 G3 w4 t
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 A7 t6 }3 |9 O5 m6 l
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 z/ g: P* M: O* ~$ T! B/ U0 G
13.     return 0;
    
14. }

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: c. K5 k( m: n! o+ s
* O) `) s: g4 a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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   " N1 B0 Y& ~. ?- K9 A/ l
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % R& ]7 c( i1 v* J* A. g* r5 }
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ) o) y; [3 I6 y
10. else
    5 v( P8 C1 ?3 e: |
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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)
    - N, Y3 D: {! m
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + O4 H" i0 l' p2 r
20. return -1;
    , W- b. K) o2 O; H9 @1 V$ `
21. }
    $ u( n2 Z( `' f! e/ M6 {& \, x
22. else
    
23. {
    2 p: C; c: ?: b! G7 M
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    5 u# @3 j; a+ d0 Q
25. }
    , d& w2 S+ T: a4 \
26. }

复制代码

4 H& W6 W8 A( u* t) X: `- s

$ d; o- d/ D4 I9 W4 X" T) e
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html