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

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。

! A3 H0 c+ ?" I

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。

  
  - p7 F- @( h8 y2 c2 e, M# x

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。

( ?* c2 Y- f; X6 a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)
   , m) Q. q, {1 B  P8 P
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! g4 A( ]% f/ D4 G6 O
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( t  \" N0 `$ L
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ' ?; e! @0 D- }4 B' N3 a
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( L3 E1 G1 d9 {! I: j
9.     int ret;
   & e. N8 T6 a6 g. P4 u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ; @6 q( Y' T# b& X- F9 d; h& Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 M+ L9 J+ y$ }4 a7 |+ O
13.             return -1;
    
14.         }
    & G& f  Y8 F9 e% k
15.     int on = 1;
    / ?) }4 K8 A* X; m' X2 {: c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : C/ r# i5 d3 M2 n( r, w/ S+ l
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    2 z1 N( p% r# {
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ; \% Q$ Z1 G6 |1 d4 w8 r
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ( p: G3 e8 i- C1 A2 ]/ M, [
25.     }
    0 Q- |, S2 I3 ^+ z" g3 X: i& Z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 T4 j0 B* M  S7 \7 C- S7 S
27.     {
    ) W4 [; s2 C8 s8 W, Z7 Q
28.             printf("Listen failed!\n");
    / h# ~* N* d# j! J6 _! I3 E
29.             return -1;
    2 F' G. h5 m  p0 G" R
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : P. ], D1 Q2 X
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      z8 o/ o: o9 [' o) h0 R
11. }
    ( g5 m5 [. j+ J" v) E- d/ \
12. 。。。
    ) P* F# K' T0 g2 A
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;
   1 c3 j4 Y/ C# N' X4 t2 e9 i
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 Y2 b+ X' P0 {  q" N5 _( U8 u/ @
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & |: U" i( E- u0 v# J
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + E; M. r! ]& [6 ^" g  P: G
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;
   # _' G' ^) _+ H* g% \8 S0 i
3. int main(int argc, char* argv[])
   3 D1 e1 B; I, b+ B; _6 Q/ w
4. {
   & A! i* O; b8 U3 t4 v( c
5. ...
   , F1 g+ l% O, n8 K
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / `: R1 j6 E6 r5 y
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 A) q- Q/ T  o' A
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ; D9 }! i& a1 X, ?1 D
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    9 F2 m' V# ?+ |0 G7 W
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    * C; o* J: a3 Q& 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>

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1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   & x5 A8 x3 Y. t: o
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" \
   # l) Z- x$ z! y4 r# ~) y1 U
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & M# v  h5 D0 F/ `
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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)
   
7.             break;
   # W( _) D$ C- w% F/ c) J
8.         printf("sending frame\n");
   8 \& \! ~0 b# r
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " a; N0 i& P% c0 m  u  K% H6 c
10.             break;
    - r) ^  ^* ]" i2 C
11.         printf("sending boundary\n");
    8 }" C3 n$ `) C0 }! p1 C2 T+ O3 K
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    6 O4 _6 }1 y+ ]" E& q1 Q
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 L% r- Y5 d6 F% m( N9 c
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。

$ b$ M& z% [4 L3 H* N二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ i+ j+ x- U3 Y$ l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   0 g* `6 R3 ~% }& \5 H3 _
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   - E- Z* k0 @4 ?" ~' o# z+ x  k" _
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * v+ K8 ?5 Y& S
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 F5 A$ z  o+ W' B4 t0 @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / C+ Q: A. |+ p9 \) w& t% S  [( [2 @
13.     return 0;
    . O9 W7 X! `0 V
14. }

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+ F- p( i# y5 {9 i
( I- l9 Q" t; G! R5 X/ H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：
( Q9 x' G) s4 L, a- t0 v; K

% b4 |. Y: U  J3 P- W& d

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' k# h4 I- d6 F' F9 o) K
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   6 B1 e7 r2 x- C+ k% r
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 p" U* O$ L' D+ w8 y* K2 s
8. picture.fin = 0;
   ( |$ r4 s6 n# |+ }
9. }
   4 F% f" W& R; a$ s- V% N
10. else
    : O+ J, g! Z$ n% g
11. {
    
12. picture.length = fend;
      ]5 g; ]1 ^6 U  {: w6 W9 k  ~+ P/ ?
13. picture.fin = 1;
    ; X  B; ]6 D0 A* @5 J! m: y
14. }
    # J0 n; h) Y- G8 p
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( l2 y3 r/ m8 K) |# K% r
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 k5 ]- u9 N  a) a
17. if(sendbytes == -1)
    ( D! W9 O# ]) l4 a, E- j- M# w
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    7 m' s% l. v/ S& x
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    " E6 `0 ?) c, v. j2 B
26. }

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0 J) ?+ v: Q, r! I
- y4 F: u7 E8 s( A9 HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html