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
5 K5 C) R% R* q
# L( t+ T  V9 }& a# }  f0 d, D

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。

$ |, K0 S0 U; Z

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。

  
  1 Q! J. [) o4 W" Q8 K

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。

4 A0 U1 R  X0 O  Q: g: p8 D6 o( K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)
   ! e- `/ U" ^, T4 ]% h
2. {
   6 D& Z# A0 `( _  H% `
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; [) o4 ]8 @) z! F! p" g
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - D' [3 Y! o+ v3 `2 S
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 l* U* ~7 i0 ]5 W2 x
13.             return -1;
    0 L/ z6 T; f0 A5 `
14.         }
    
15.     int on = 1;
    , u( N! ]$ M# i& V
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - R- |& |% W0 w! D6 d/ ]4 N9 j
17.     {
    5 m2 C: v3 _+ J9 {. ?; b
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    7 @0 a; |- T# i9 h1 g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    , ]  `* l; c5 @- k2 u3 N: C
22.     {
    ) W3 m2 s# u& j/ D9 r
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 C  N' [6 c1 b. k/ H! x
24.             return -1;
    ; U# r5 C6 h+ u3 M0 O
25.     }
    & h! F4 {. {) P
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " k  i$ F8 T; i8 G) N* P, {
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - z! P. ]# A2 G5 N- u7 W1 e
29.             return -1;
    
30.     }
    & E" m. A0 l7 U: J
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)
     s8 \& e$ P6 T+ `- s2 v+ N' Y
3. {
   # B$ Z; ]6 z. ^- F* R
4. 。。。
   
5. while(1)
   : Q9 y7 r: v0 F' z% O
6. {
   9 J& S; A, X( ?; s) t$ F
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' w" @7 S; ?1 s0 Y6 J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / B* V/ {0 M7 N, e7 w$ n
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    7 ~. Y5 a) b# }2 ]! o+ q2 f  s
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);
   1 X4 _+ Z- q0 @4 ~2 u/ R
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   8 l: F3 N) J" d' w9 O
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # C! b+ d+ m8 \, y1 M1 n
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % o8 k' u( {9 e3 [2 L5 t
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[])
   6 _. A1 r! e+ x% _" t
4. {
   " g* b! i" i0 D6 ^
5. ...
   8 o' n. [8 y6 O) X8 r( h# p
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " d3 p% X$ [$ Z  F, y. O
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);
   # q5 e  V/ Q- v5 \' `
10. ...
    8 C0 F, U+ [4 q+ K
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ; X) {) B6 M: {0 e7 s& Q
16. ...
    8 z! Y1 F( ~, k
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;">
   " |4 V, ]0 w% i% h
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" \
   # F8 F/ C4 @, p) ]2 z9 T
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" \
   % I' W+ \- b/ P: m
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   $ U' S( h. q# d( j2 n' j
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     O. C8 [0 C6 J4 g& \! t
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    9 R, k  S0 ]- ?  [3 x# h& q( L
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - H6 \' e1 H2 ]3 @
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      a, b- L: J7 o$ y) ?* K- O8 I
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" \
   7 B! \+ z+ q4 d. J
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);
   6 @  u. U2 m' f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * ~( e8 s+ K8 @% C9 T; I) X
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ! B7 i6 Q5 z2 m2 r& K- x, p
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    & F' I+ s1 E1 e) J( n
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 q2 S6 a; E7 R  O6 Z
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 M4 s& A. n/ ~
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。

4 O* e6 i3 \& U! q4 t* a9 }

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)
   / v0 Z& c- c$ X  n
2. {
   , J8 b+ c" E6 R' r4 }$ _
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   # w# b& C5 A. p4 Y& A
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   7 J" b( o, n7 M( g( t- `7 h
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . [( e! p/ F* v7 V7 ^# [: e2 |
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + W" @2 q( y6 y- ^
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：
8 U( m' V" M) _( b# \$ m. a
4 f! I5 s% j. [+ w! F" ?1 ~; y
+ a. b4 o. R  j

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' ?! _/ u+ ]- W2 J# r
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ |; M& h3 o' F
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( X. u  M- l/ {( o% O( b
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 O1 s5 J+ B& T
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ( c# V% C- c( V
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    4 e2 {$ N: U! A# F/ o
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) m' i; ]3 ^- d$ O
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ A$ U" ?6 q% b. C
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    & S7 Q: I0 F* q' Y2 l1 O  {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    : O' r8 u1 ^3 c2 d3 }/ g9 k; l
23. {
    6 }" Q  F+ G1 ~" u' T4 L; z( C
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    1 p3 @3 {) J- k* \& N& L
26. }

复制代码

& m' P6 O6 A, P- V* W9 w
5 U! a! N) o, L: \5 |

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html