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

) k' L5 x) Y$ ^2 S# V

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
/ l* j4 A4 V& R* 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。

6 K& Z/ K. i+ e& A( R% C

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。

  
  

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。

5 K% q+ v3 c: Z2 Z% {一、HTTP网页服务器
4 }$ i* \7 h# P' T2 G+ K+ ?

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)
   " D* m0 Y" V( [5 n
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . ~9 n0 z3 `3 @0 ]+ ]4 ~
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   4 G8 \* o: Z8 m; F7 h/ J5 p( Y6 C8 B
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! h; x5 u% t+ \* y9 D
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 f1 A+ w3 G; m8 L
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : l( A: J+ z/ X# b
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ( o7 ]* q- W$ p' e2 `: a
15.     int on = 1;
    $ T0 N1 }# a  d& [% Z3 R  Z
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) \0 `' {- C6 D
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    % p$ }2 F* \( s' t  }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 l8 b" S. @" M0 d* \
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    5 T; M* w' u: Y: H" }# E
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    : l2 H8 s4 k% q  Z- F6 |* |6 B
28.             printf("Listen failed!\n");
    " u- ?3 E" k0 ^
29.             return -1;
    
30.     }
    ; ?, m6 W& U$ }" ?) r
31.     return 0;
    + A3 D6 [1 _% K# V9 f
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. 。。。
   
5. while(1)
   9 K+ C8 P9 F6 H
6. {
   3 I+ |# |* R+ q" Z7 W. u- K2 A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ! `/ p; |1 ]- p7 |% c$ `
9.     。。。
   3 Q) X" E, \! Y; U# J1 M/ y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    7 x3 S& W% ^* `7 s# C  }+ E
12. 。。。
    2 f5 N4 V8 S! f) ?9 ?  O
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);
   * m' `! o0 {- [  c( |! V
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 p, q) p9 s% _1 ?
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;
   4 w% S9 E2 [% W7 s. \
3. int main(int argc, char* argv[])
   : i* x( P3 _' ?& [8 X
4. {
   
5. ...
   5 M7 u/ L5 p2 g% ?6 `) i  ~
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);
   8 p- `. r% f1 v  `6 \- k
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    ! c( Y/ L/ L! G; t+ i% \8 B0 ?! o
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ! ]4 d# R# ~( u( c* ]7 x6 [& ]
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ; D/ J6 Q5 L/ V/ W
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! Y1 W, C/ J$ V& Q2 K7 E) E$ F
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   / u5 V- x' R# C! t& x' X) \
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   % a+ C9 }' q$ x# ^" f, I4 \, w
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    6 Z- }5 e6 q9 V# N+ X/ ]; \) A
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * L& G9 u$ t1 y1 L. s# i8 P* r
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      Q8 a7 J6 h6 a  Z% }- y; c7 D
15.     {
    , e" `/ S+ [' A1 c& o- P
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ) R* a4 a* U7 M3 D1 w* Z( Y
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" \
   " o, r5 p1 _8 e! D+ n+ {) {
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   - c* i! C# C% |' n, L. t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   : N9 R2 g. e+ X: |
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   4 r0 \/ j$ t, |- Q8 M
7.             break;
   * U3 R# |; K, E& d1 i$ B9 b
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    $ c  Z, u2 Y! M2 b5 B# y, g* G
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * q! o% U# b8 c- L% m7 N2 |* k$ Z
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。

: ~$ K! [0 U! n) F4 @" o8 I

6 y. j: Z9 c& I二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
* ^2 C' i! C5 J0 j# M9 w) w+ E0 z

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   / t! K. g9 n3 C7 l+ k: _: b/ [
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . r; [/ b+ D7 G! s
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   4 |6 n. @( ?" \/ w0 d7 n  o
7.         return -1;
     O) X6 s1 o/ _. G' G3 Q5 a; f3 [
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . K% l* h3 m1 K! Q! S
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # L8 b9 W7 W* k: B- E
13.     return 0;
    6 @( m' G2 U* c& I
14. }

复制代码

$ f# T) _5 p8 |! F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：
, R" s! u4 w) }, m
1 l" o2 D! m5 q4 T

1. while(fend > 0)
   & J5 T" [/ X1 g) w& h
2. {
   " Z9 U# C$ `  A, u3 A
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   : r% I; D# b# t+ k
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ( ], G% M4 [7 ]$ Z
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + i; ^! t& U9 l0 T6 U% u: |
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   2 `: G! k% p  l) t- i( c: ^
10. else
    : F5 p) j/ A0 o- y+ ^0 m( n
11. {
    ( }* a0 A9 z- P/ i' W  `0 q
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)
    1 O! h. X" ~+ Y
18. {
    ; H/ B) C" m2 ?' i2 |* |- _3 o
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( h1 Z, V. Y* L, F# P% I# E
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    5 U( P' e3 y( ]9 q, w+ C- ?7 a
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

& j3 ?2 Y: n$ y/ Y5 U3 Y3 ]( ciMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html