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

! h5 M% X1 |  w8 q. E* s

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

( }9 X! A' j* ~; p9 W

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。

. B& U0 O) N" J) Y! u% E7 `$ j( Z

0 Y! A+ g. r8 }8 V5 `

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。

  
  3 f+ t. h5 L- S3 q- v4 n

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
7 N' Y; r: L  B6 f

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / g' w, U0 E3 B" D! O% D
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 g$ E9 b- u2 j3 F/ t6 m4 c
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     [' L3 l  u8 N+ R0 {
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : N. {+ g) ^- b! R+ R4 N' s
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    - A, ?% ]/ }8 T0 O
13.             return -1;
    ( _! }& y& e) O) A- \% C* E% w
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / |1 s' j& R# }& N
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * i. z' ~- s+ n: Q% m1 O( M% }; ?
21.     if(ret == -1)
    1 |; w8 [% @3 S6 c5 y
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    5 Y$ R2 d* `1 [, b+ Y  j) P
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    6 Q; W1 f- O' D/ m6 U% w
29.             return -1;
    : a* |! a$ d  z8 I7 K6 F& a
30.     }
    1 m3 i/ r) [1 A9 @4 M) ^
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)
   8 W, }2 G8 k/ `4 @4 W
3. {
   1 K- T* m. K3 G, |, t
4. 。。。
   
5. while(1)
   3 `. ~5 H2 d% I4 t# W8 m
6. {
   ; A1 e( V: n0 z( ~- R6 g2 @
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     j( Q1 L, }7 m& p2 i4 |" b
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ; e  ?5 ~5 k0 K- T# W  k( G+ D: C
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);
   ; A6 G& m, A, ~) D. V- K1 n! d$ L/ V
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 q( d* w# A7 p. H; ?# k: d$ g
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   , _$ N+ K, e7 f; ?! B+ ~
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 t: o4 ^) i7 n1 B3 q1 ~
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;
   " u7 e4 }: H; B7 W
2. pthread_cond_t pct;
   ' s1 c$ \+ p+ [  c2 K7 P  A
3. int main(int argc, char* argv[])
   , q  m. d, u9 o
4. {
   ; _' C. u: O) ?) G1 U2 F/ o
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * W6 h% c& A# c- g. _$ F
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . J& D& D7 j' V4 D
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    % W+ V6 [3 }9 ]
11.     while(1)
    : ~* \8 y9 ?1 o/ B; S7 ?
12.     {
    # ?' q- f8 `8 N8 k
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 z  @- u* {& p. }
14. ...
    ; k! u1 v0 `6 G$ ~
15.     }
    
16. ...
    . a' Y% u/ k/ e6 c. A7 d5 p
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;">
   6 i" y9 Z: B; y3 r( u
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ u7 `, y% S+ p3 Y- B9 X9 k: P  }
7.     printf("preparing header\n");
   . q' e5 X  `, }6 f. d
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   / E3 C0 b6 d# m+ k/ g5 ]
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : H; L9 Y5 r) x0 k; O2 R2 l: R
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * c, Q9 Z) k. A  `. ^2 z9 _2 P
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ) Q. N/ x9 C5 P# 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" \
   7 I) ^3 ]) ~9 v1 s5 N
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   4 E. R0 s& f) R5 L7 J' q2 Q; U4 p; b
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   7 P  f) G! A" M1 Z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : O$ {' S' _1 \
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   + Q" t5 g! m! P; N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ( `% A, o' T' _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : ]2 k9 g. j  r3 x: z: W: h
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    8 t. v. O& }$ }! @
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。

, Y6 c9 f; C3 @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)
   9 j8 ?9 z( z6 O: Z1 g3 Q
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 g2 t8 ?: C/ [) u
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   6 u1 B' B# [" u' v) h) N0 U
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " x; O' g$ ]7 j! o
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    : G# n5 E& A1 S0 d6 J
13.     return 0;
    4 M9 x* w6 y- y, ^& I
14. }

复制代码

  f9 R; M, ]7 s( r; p  y: q$ c( |
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：


- q) h3 E/ t3 I+ y8 X

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : l) U+ z' o: ~
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . Q& w' n0 v6 d  o
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   : C% K2 @: c  G9 T: f
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
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);
    % t# ^% F9 E' S. w
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ; T2 q: Y3 x+ t6 U
21. }
    
22. else
    
23. {
    " ~  B  g8 b% i$ @( S/ w' s9 G& u
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % P9 L1 }- [2 r$ t1 |7 E3 l4 s
25. }
    
26. }

复制代码

% S4 A, x# v, V& L/ J/ R) F  }

1 X' R+ a6 u1 b
$ w6 v8 i4 X8 wiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html