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

; ~5 w  x3 u: ~+ b. }! y. x  b3 f+ k

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

# N  q; D7 N0 `

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。

, F( ~& F/ Q( s1 W

; Z' L: d7 ~* e. U  Y7 p

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。

  
  - J' }$ [# V8 l7 @* H0 |

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)
   
2. {
   . A8 V% B# f- F0 S6 W
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);
   $ y( u3 p" Z/ |/ h
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 C# u( i! b7 V
9.     int ret;
   $ u3 `3 m6 m( F6 Y9 n$ L  m: Q+ x
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
      N% N4 X5 Z+ l! t) e8 ~& i* E
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 j" b3 P% F8 _4 P. H
19.     }
    3 V' K+ E6 f! B/ L# d! D
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    + C& C. [- u' R
22.     {
    ' K! v) _6 T( d0 f0 Y
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( s- D' V6 B' U5 ]
24.             return -1;
    4 @; U& A# }+ @7 p% ^
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # i; n  i% \( Z4 B; H
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   ! U6 S* E) a( q) z1 S5 b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   9 h* s( U7 u4 T$ O& I
3. {
   , }: C( h. c  s0 p, p
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 S8 p( v, u0 @" c$ k" o1 U
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   / F2 ?4 B; M+ D
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' R9 M/ W, k- m8 i( k; _, i9 c. z: t1 ]
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    # W# T& y% j, C0 R' v4 S
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;
   7 Z% K6 c$ T( j
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : n8 m& d1 c3 M0 a* {: @
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     K2 `1 n* m/ b; H" n
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[])
   7 i( Z7 E' k1 J: ]% A
4. {
   
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)
    * |$ J3 G8 t2 f! }3 B- k
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    0 R6 p* P7 _1 K' D
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
     h1 D- _" ]- I& d- D
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ( @- G8 J0 j! @+ k( z
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   8 j$ Y& W' i8 N2 V4 h: T( Q
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & x. X. E% [# {% @$ m
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! a% r4 K7 B  H
7.     printf("preparing header\n");
   , Q7 I8 O. K; R/ @  B) e2 t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - T# A" E, H- H% e( o5 u: d" L, |
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 W1 x) B5 U6 k  C0 N( W
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 p8 H' N) [, K# z0 t
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 A# c, P0 Y, I0 D0 \/ I/ _- a; {
15.     {
    
16.         free(frame);
    : j- {/ A) T* e8 O% w$ X1 J" L
17.         return;
    ( D: y% @6 p1 T" W
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" \
   0 l% M, M/ B8 n8 A- z
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   8 x4 p3 [  ?5 S& p: x! t
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   3 f6 A0 ^' J6 o7 c* [1 ?) x5 P
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)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    # w. w8 ]) d" G2 O- ]- {0 {
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

) Y( l. S9 x$ z7 U  ^' ]7 f

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)
   , Y% [1 A7 j3 \+ f* E, F+ C
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   5 {3 Q; G/ r' r5 e8 `$ n  h6 x4 j
5.     {
   ) }- |3 X$ H. K3 V2 F6 L
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ' \* }% l! S* f$ s6 @: G
7.         return -1;
   7 _# \) s, W7 `- ~
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 |; U" o, w& U$ p
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
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：
" f- A1 F! ~) o; x( T: w  k

1. while(fend > 0)
   9 o) ^4 M) ]' M
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : N/ P7 h/ p7 \8 ^1 @. E- T
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 G7 K/ e& ?9 [1 T7 R1 @
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   * v! p0 b& ?( z( k/ J, t
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   & p# q; c/ y2 g& r4 P3 E
9. }
   8 y/ G. ?: t# G4 }
10. else
    4 f( g1 `, Y" D- M# D
11. {
    ) A' Q6 n" t+ J' V% K9 B
12. picture.length = fend;
    ' N/ p0 A' ]6 w: J
13. picture.fin = 1;
    2 r2 c8 I& j, a1 G$ u) O' h
14. }
    . `' _# a0 K( R, r5 d2 T$ d
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 E% j, C! Y; D
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 d& z9 |! Y2 `0 L5 o5 A& u- y. y
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    1 h8 S: c  t: [& v+ j* h0 J; x
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " t  J" H: X+ V3 l& f: m
20. return -1;
    2 @! j# K2 V7 b" w/ e# I" d
21. }
    
22. else
    9 c' V3 m) o7 H
23. {
    - k4 d0 F/ V( F
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    , W7 B2 P+ E% V
26. }

复制代码

# d$ P# x! O  n4 }0 H  t$ kiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html