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

  N) q) T( e, a' v+ e

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

2 `1 j/ [% E5 P, W2 v8 e/ }7 p

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。

) x. B& {! O1 s4 d* b4 l

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。

  
  6 `* w( c2 Q0 b" B- `, H( a5 l* o

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。

( X$ a8 j4 P. \% n% p+ z1 B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. {
   & G4 n- d" c9 W, v
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   2 Q3 H" \, ~& T2 z; G- m# w
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   % E$ F0 H3 G3 m# k. \- _# V
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 `6 w9 X+ T- f( B( u' E' z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : m( e$ n( X& z0 L. N' a
9.     int ret;
   ' B! Y# h- q9 \9 z  ~& G3 y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; v$ w4 N& R' m
11.         {
    # a) R% V  _5 M+ j& n2 a  ]
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      x0 J' D. ~3 W/ [  a: C# A8 b1 l; M8 T
13.             return -1;
    / j6 F" i/ |: |
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 Q+ I2 W* I# g9 {6 ^8 Q( C: R1 t
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ( i5 H; M) ^, ~  I* W1 Z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    - F6 ?( v: B# J  t% y. o1 i
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    8 N. A( P* r; @% R5 d) A1 |
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) o2 o- D4 ?7 M  M2 m: u. y6 K
29.             return -1;
    / [& d/ U) Z- q* u/ j
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 _2 T$ Z2 I8 M* f! n$ M8 m9 }
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 m) R; R) F# D& \3 ?- ], X( t
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * i- {7 Z2 h- t4 H7 J
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 q6 J" Q2 u) ^! k, R
11. }
    
12. 。。。
      W" h0 c% L" I$ k- n( S) D
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 J/ g# O8 ^) |, `, J1 b
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;
   2 [: a' I/ K7 v+ h  }* W# V
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   - A' F+ M" D0 \6 k, \
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);
   " E6 k4 y' C/ n* {; V* T
10. ...
    ) w! e1 R7 t9 J
11.     while(1)
    , V7 T1 {; t+ [$ h, }$ r- c; u
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    0 j# L. l5 ^; ^/ ~" R7 x9 c8 [+ e
15.     }
    / I% Y& g7 U1 }1 {4 `
16. ...
    5 Q* P3 Y( C; l
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" \
   4 [- N2 L8 g% E, V8 f7 C8 X. L
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : R5 ^. l! H$ o) i8 W/ J5 ?5 I# L
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! b. [9 @) q) i
7.     printf("preparing header\n");
   ' |1 h. \4 L! [+ J. D# Y$ W
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 Q. S4 f7 M( v. _# Q
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : V  Z$ C7 N$ M$ V* O
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # F5 x2 W) a4 F. S8 z& f" a
15.     {
    - P/ U! ?. \1 A( ?
16.         free(frame);
    4 p" x% U+ q9 l. T
17.         return;
    , B! ~3 J& M2 |" F9 X6 ?7 u
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" \
   3 D0 Z8 a2 `  [5 Q
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 K8 ^" Z0 {: o  l9 d
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");
   2 n: f* L" X* r" H% `, ?9 Q+ M
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   0 x3 n8 |! a  W8 c
10.             break;
    
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# a, O3 Z3 l2 C

! J7 Z4 P. l8 [2 ~' n. h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. {
   4 n7 m$ _& _' f1 T) d
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # L9 n* R5 e- s+ l( V
4.     if(*socket_found == (~0))
     Y% Y- q# X" ?0 O4 @4 j
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   6 j, e0 t: b9 U) l
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 A, c3 \0 ]. P2 c' b8 d
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " Z: {4 e0 e; D7 A2 ~: y+ q
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：
) @% C& q; V: B& z1 p/ M
2 O+ _% ?  x0 D' O0 x# Y
& v: S- F# c* e. m  i% p  F% U

1. while(fend > 0)
   5 _9 Z9 g7 ^& G/ y& R
2. {
   - n* ]8 f9 P! _! m* |9 d
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , N( ?) k% a4 p5 S% c" O- W. W1 s# \
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   3 Y/ [: f' @5 Z! B0 |
9. }
   , Y9 Z+ X% @6 Y+ Y: z! Z9 C
10. else
    
11. {
    ; y( ]0 h. d  Z/ {
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);
    , }) ^" P0 O( ^% c/ q6 V
17. if(sendbytes == -1)
    , C9 I- {) Y) t3 u" ~: s' L
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    . ]& q; q0 z# w! P6 ^0 m
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      o. M; N( N8 l/ r7 Z% H. I
25. }
    + Q5 J1 ^: C% B7 y9 _2 P1 m
26. }

复制代码

* F- }0 q3 u+ k3 @: x8 h* C

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