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

9 U' G9 {! V6 l/ a. G5 l! F

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
8 P) M* H3 G; _) |- r( F! a

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。

  
  - A! D; i! G; c

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

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)
   8 h% E% P, J1 l2 }& G* q3 @
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + }% F( Y: H& l/ s( u4 P
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , z  P( J5 u: _3 Q9 c2 d# B
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ i; n6 r$ V; Z4 i
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; {- d! {5 u& L
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 u3 n% {% ]( u8 z8 m4 p1 J
9.     int ret;
   # l& i* g/ p2 R' |; J
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    % `) r% a8 Z0 ^6 J% y' k3 k6 ~/ z5 W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ) Y1 j1 Y3 ^: x( [! B
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    " [: {, d9 N' u. S" y. y
18.         printf("setsockopt error\n");
    + s" g* e) m7 t8 x2 X8 [6 h
19.     }
    & U6 a/ {4 R8 r
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % f& \7 J  R' _# O- P
21.     if(ret == -1)
    8 f  W$ ~/ B0 U+ u3 c; t* g, K& m
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : p6 }+ {% U( E2 I. s# L
24.             return -1;
    
25.     }
    " i5 O2 k' Y4 r( L
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
      e7 w# i1 s% H+ F- L. l2 X
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    3 z. d. ]+ N/ {5 R
31.     return 0;
    6 v' {" ~& r2 u4 H8 K
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)
   ' L) W7 T2 N9 D2 n7 j
3. {
   ) R" T) N% J3 X2 C4 d  r; l! [! }/ l
4. 。。。
   8 c9 p8 O" f3 ~9 c. i: c
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - H' e2 ^+ z  T/ e! `( ^% I
9.     。。。
   ' D: H( n; n7 N3 L( S* n
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      y3 ?8 `9 @7 K; Y
11. }
    
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);
   8 r2 x* B) N( |0 k+ y5 v
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! H' p' X1 g4 C3 V
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;
   0 N. Q2 m8 V1 j- w
3. int main(int argc, char* argv[])
   8 O( T2 a9 b5 J1 [
4. {
   9 i8 P; Q) A. |/ @1 R: L$ _3 |
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);
   
10. ...
    # Z0 N8 }. h* y- g  v; Z, Y4 Y
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 Z  }- z9 |- R' n0 E- |; X
14. ...
    , T+ t! q* ~% B" c3 M  m
15.     }
    & T$ C( A# m3 e5 v) C3 y
16. ...
    , {; q4 z9 ^) V2 `
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" \
   % x2 M5 y! j. S( p: E
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" \
   0 M1 g* u8 U( Z# D+ W/ r+ u3 X
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) M$ l! A4 t; }, o- h( \
7.     printf("preparing header\n");
   6 [- p( L. b$ P/ e7 }
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; x$ u* a% z( V0 y; }
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    # a* ~/ S6 K- F* `: @: P+ i
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ! e6 Y# q% F$ Q& `8 q8 N+ W6 }
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    7 g8 u2 m8 q, S3 U* Y  _+ t' u+ g
16.         free(frame);
    ' S; {7 o. Y1 g1 W; P
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" \
   # e' q: ]/ ]3 v+ v: H
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)
   - i( I9 G' \' Z6 f  ~+ f2 @7 ]
7.             break;
   2 `& K4 m8 }0 z
8.         printf("sending frame\n");
   . A  Y1 K: ~( A7 g9 z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ) v' @% d" s- E% g, A, g' m
11.         printf("sending boundary\n");
    6 U) A" k( H9 Y, |7 H, }
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。

0 o: a# ?' V7 J" l  Y- @  p7 I二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 S) E/ I( {+ e0 `- a* Z  ^

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))
   
5.     {
   " B! S( g! H+ o6 I& N
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   1 g6 p( o4 w* \- h! X6 B( x; m
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 r4 f! {' v  p- k- [
11.     addr->sin_port = htons(port);
    , |6 _. d2 {* h. ]( A0 o5 O2 d
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + t; @# O( ?" g0 }8 _7 Z
14. }

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) G" p8 X: N, \* a( Q# u
' {- z% m. e. f1 B/ 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：


6 F! L- }  M" X* ^5 f0 s( X

1. while(fend > 0)
   - K8 ~6 {8 U' L& g- r+ i& l+ D
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   6 C$ g# M) H$ g& v) n
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ! W( j  \$ u) e4 e
12. picture.length = fend;
    6 B6 ]1 e* x0 r' ^7 H9 s
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);
    4 R; l+ B, q' t. r% H& r7 _
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , V( y0 e, e$ w* u2 {
20. return -1;
    
21. }
    1 i3 W) I/ }& R) \- W
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 F5 m" T7 s* p3 Z: a5 r
25. }
    
26. }

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% p6 ~- a3 d/ w
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html