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。

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。

  
  / d/ c0 o" L4 ^# M# c+ w/ 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。

( }/ X; m( ?1 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. {
     q  E* D- p7 v" G4 F' v9 U0 b
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & d) q( P9 I+ T2 X6 o1 g
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / a# q5 w0 @9 W2 F
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 j$ b" C) K9 J5 e1 ~' N: K( }  q9 a
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
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)
    6 T8 e- [6 A1 J% L9 t
11.         {
    ( g+ [8 E. W; P+ T
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( k' x. j( Y! _4 S0 j
13.             return -1;
    - {, K1 k- u1 m9 i( g
14.         }
    ! y9 j' c/ |) f) }
15.     int on = 1;
    2 v0 Y: E& b, Y5 f
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + d8 t' u9 g0 s1 d2 t
19.     }
    / Q3 u! X0 R) A3 {
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      @* g8 y1 t7 y+ U+ T
21.     if(ret == -1)
    2 _9 @" b! T9 e- x$ b( b/ r% j" M
22.     {
    & h3 S; B. j$ C. N5 c
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    / D" w* H" t! |5 ^) f
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 \7 R& a* w8 j- h
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    % E! I2 A3 D% t" W
29.             return -1;
    : m3 M1 T0 ?# a
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. 。。。
   ) e7 ]* Z% y; ^& f, h5 `
5. while(1)
   ' w( s. D- w9 B9 C* J0 s3 X
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 z1 V0 E- k" p; L) Q$ F8 }+ ~0 n3 U; S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ' K4 V: k5 T6 w) \8 \
11. }
    
12. 。。。
    - R% P% E: h" j% q9 J$ 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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 R( A/ Q% p/ H: c
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : q$ E3 v+ n# o% ~0 E- z' \
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   - `8 B$ A9 o  h' A
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 V0 X" h+ q5 x0 B8 L3 h0 @
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    3 N5 y. y* J  x9 L; g; T+ B
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    / A2 d+ V$ n2 @2 u" R/ ^
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;">
   4 G, G( `+ F+ C* Z% F
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 y9 s- L; L2 A9 }
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   + n- r; C& N9 Q6 \& F4 m
7.     printf("preparing header\n");
   / N  F' s. R. P5 T" L0 s  a! k
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - p% l9 E# q; b6 L
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 g6 d6 y2 o7 j- a6 s( i0 Y6 d
10.             STD_HEADER \
    % ^3 Z$ m  _& W% v0 g# {" W
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! `0 A5 Q$ q; W% G& P6 I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    3 ?  S6 m2 N! ~" r
17.         return;
    , [0 `/ [2 N$ A1 ?/ V9 m1 q
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" \
   % C* u- f( q; W6 [/ K' {/ b( C1 ]
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;
   ( L$ x9 _- y7 B, `0 Z9 e$ o8 ^, N
8.         printf("sending frame\n");
   + s$ ^" r0 I7 E+ @
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 C! f, g  O# O! ?. }) _* U
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " j% {5 q4 Q% i+ J
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 n$ T- l0 c; D% s" A
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。

* _8 w1 \) ?2 Z. \2 {7 S二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  ~- U/ `  s* l

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   : f% {- v4 t7 l% L& y5 U! l) L' C
5.     {
   ; N, W: [; a9 w/ f, ^; U
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ! d" m, N" @8 X4 \: o* e
8.     }
   + _2 w3 `- q7 B, Y, L) I2 o
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 i; `! L; V3 `- f$ |" t
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 ^4 |5 p& }! b* }3 a9 J, o: S
11.     addr->sin_port = htons(port);
    , `$ T  i: m, |0 H3 C
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    / S! d8 p# F) H. @
14. }

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- H$ K7 d- m7 k' F7 I# B3 Z1 N; ~) h( E
# j8 A2 G: `) G' E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：
- B6 S5 L/ k  ^* C$ m+ l8 p
& U1 B+ Y. k" y1 c) l% c: Y

1. while(fend > 0)
   * X9 Y9 U4 u6 n) a
2. {
   9 _- E8 c( }; |
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( M% c8 Q( U7 E  w7 f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 U" a% F- v# m+ N9 E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ; {! g2 b. j6 f  v' |6 r, ~
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ( P# x( j( t% _8 ]- r
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    3 K1 q0 V+ I( I1 i0 _
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    : Q! D4 K9 S; G# Q8 N
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    & `8 U: U7 A# Z
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    " W) l* q1 ~- k) @
26. }

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5 _" ?% j7 X  Z, i4 g9 x! I

+ @% J; A) k! y+ q( G/ v- L! ~iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html