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

, k0 L: w8 K/ L+ ~$ t; A4 |% y

/ O: H$ k, H+ q3 M* Y: p7 Y

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
9 q/ d5 N; X" C9 N; 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。

1 g" c5 ^, Q7 Z( U; n; D

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。

3 {: g- f( e. K9 W. u$ M/ ?$ V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 u) z/ p1 ^) V- e
2. {
   5 ~+ r7 D3 A* Z7 n5 v( E
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , B1 R7 B& i0 O& F& P4 C; P! K
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 w1 R  O: |/ t  O& r, M
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' C# j, L( ~3 |! v8 t
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   / P1 P* l5 `$ x- M
9.     int ret;
   + R4 x4 r2 M( M% c! V- G$ Z, f
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    * O9 C0 @6 O$ O: i* [
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    2 j, k1 g8 z2 U" q# w8 b
15.     int on = 1;
    " @0 T% X1 V& C. K' U! R3 }
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , z5 L5 |* y) J- t7 g9 l- N9 `
17.     {
    
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");
    + L- q$ s( B4 @6 ~
24.             return -1;
    
25.     }
    3 Q$ w9 j( Q4 n/ i- S3 Y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    $ D) d/ f+ g# P# i4 ^) Z
27.     {
    ) n9 A- P1 Y: E" W0 q; d
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    / I7 l- Z) X% ]7 K9 h: `
30.     }
    
31.     return 0;
    : r+ X9 J/ c' t5 K2 u5 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);
   / n7 C. a+ i" u3 B# m' c
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   1 r2 {6 Q! M% y: ?# ]5 \
5. while(1)
   
6. {
   3 ^0 j! ?! P9 V' e. d9 j+ h' o
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : W0 J4 C$ C7 z7 p: _, d1 g, Z
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ! k3 B& A* v4 z5 P5 @
11. }
    6 }7 e. p2 d; {4 S+ J- {
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);
   ! n/ P, {( U. ~! n3 c
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ( q. \" w- H  M4 E- Q7 ]; P) j
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; }* w" X- E. c: G! {+ G
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;
   0 }0 |2 C+ u) w' N6 e% V( ^* I
2. pthread_cond_t pct;
   5 T$ d7 ], K! Z4 f' m& t
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   $ @8 G* l5 M2 I# e! z, j
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);
   " b6 V% ]( S% j" T) r- @( K- _/ j1 I
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   & g; w& u3 r& }2 [+ L6 c7 ]2 p) ^
10. ...
    2 a! v) i4 T1 b8 p( ~
11.     while(1)
    0 T+ z! @/ Y5 F* j
12.     {
    ! Q+ x4 N  }2 ?9 J7 _" W5 s! s: D; v3 V
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; e: J* o7 i; A! N
14. ...
    
15.     }
      g, W, j# X# M7 G, V5 k) a4 A( t
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 \, a. C6 i7 C
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" \
   4 p& c6 z7 [$ E4 E" [6 `
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" \
   - R( e, `  o$ p# E6 O
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   1 D4 F# \8 {, v- ?$ i* C
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' Y9 X0 J9 u2 E
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " e5 X& \4 H$ }8 t# s2 g
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ Z2 k) Y3 T- m) L6 B, q& f
10.             STD_HEADER \
    / P- g3 M% ?* x. u" X6 @! y2 c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & B6 d/ M; c& [3 c  H4 P- P1 m5 f
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ; C3 q0 @( P% Z
17.         return;
    + ?! R: R' E" K
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)
   1 |& ?0 b/ w3 H/ r/ O* C
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   , k* G7 y( j! ~4 @% ^
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ _) v: U+ |: @
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。

$ K1 L) j  `& p0 b7 p. j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);
   ( e$ X3 ?9 S, H
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / B8 N$ ~/ K  c! c% c* Q% i
8.     }
   1 Z* c& U% q+ B
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) `* r9 [3 O0 C1 F
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 f7 F, V6 t# y& }) c
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：


  `/ o' M6 A8 w1 l* ^* X! h

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)
   1 N% `. g% c& b) W
6. {
   - n0 Y: m* [4 a# d# d% y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   - B) k6 C! x' J7 K7 J, j
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + C. z, U1 H6 U; P  [5 s
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    * \) f/ y0 r2 x! d" M+ ~, K
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # U! X3 i! m  I2 T4 j
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      @2 b- R1 s. S
17. if(sendbytes == -1)
    ! z8 P6 \$ u; w' u
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    0 L& b6 o' o, I
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      n+ l4 F9 f1 t+ K
25. }
    
26. }

复制代码

$ R" F: r' x7 \- P1 W5 G3 G# V

- x0 w4 W$ m5 K; G' H2 B0 s# A' {
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html