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

) H' O: X* r  O

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
0 e8 \  h! y/ f6 n4 m9 e! U

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% P+ L2 y8 Z7 W4 y1 t* J

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。

  
  0 D) b3 z/ H0 W, q8 S# L

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
3 e7 A  r/ x* P

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)
   . G+ _9 r; C# }/ |
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ! [# }, n1 |! Q) r$ O: T
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' q8 T5 T+ o* P0 `$ Y  ~7 `
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     R6 c7 G; q6 R$ M' B+ Q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % t: x, k% {+ y4 k- {
9.     int ret;
   ; l7 R3 K" t% m- I2 n$ t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ( U$ X% Y  [2 G. e, C# F3 Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / F  ?& j! n- ?4 x0 C% |/ h
13.             return -1;
    * G7 s/ C" j9 U1 N. z
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    : R( p) j( V9 E4 W! ~6 E9 G
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 B; u* Y, w3 R7 t' M
19.     }
    $ l- Y1 a: _) [0 w# d$ E8 K
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    7 _5 B2 q' _2 z: t4 C/ L
22.     {
    . y8 I* U3 b  ?6 R. [
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ! x0 @+ a% W- k3 N$ L# L  Q8 J
25.     }
    ! m" u+ |/ C2 V/ E! c( g
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + Z0 Q( {) ^5 u/ H9 K9 X0 S
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 }; a4 M3 a9 p& _
29.             return -1;
    
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);
   ( O" M  U! }6 @: V" d% M/ ?) O, v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   / V2 W5 [& {2 O
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 b1 Y) {# |- J  O
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 |/ Z, R% J2 \0 o9 r0 d8 J0 v
9.     。。。
   + u! v: @. b* h
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    * \: ]6 M3 H# q5 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;
   * `3 O$ X8 i. z- x) t  \3 }7 M  {
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / U/ v1 E! Y; T
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 [2 t  S* R& V9 F+ D9 M, B0 O, _1 k
2. pthread_cond_t pct;
   3 e" j2 z* ^7 Q8 D) N
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * r7 M+ `1 H3 f" s
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. ...
    - ?4 O& m( X; p/ B( F6 h7 k) K/ x& F
11.     while(1)
    ) Y7 G% k5 B! O- B  y
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 s) u' _) m4 z" ?3 ~
14. ...
      V# u. T. W. Q) n
15.     }
    
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;">
   
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" \
     ]3 V# S0 ^4 |; o
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" \
   - ^. [/ c* d8 a/ u0 J
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( [1 p' ]' J# B7 A; C6 k
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   * B; Q; ]% i& M5 |6 {
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , t, x1 k# x1 ~. w8 M) |
7.     printf("preparing header\n");
   1 v' i1 n6 J3 N! k% x% O8 P9 M9 `
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    & F' m4 w2 [: U- m
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 w- P* K  C5 C1 n) d
12.             "\r\n" \
    5 w6 }: E8 q! k
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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" \
   ' c& ~; q3 i0 h$ U2 K  F/ A3 a% F, i
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   9 H/ q" y  Z: T) i* ]9 r: w5 E
8.         printf("sending frame\n");
   ( |" X9 J' u$ _3 q6 z1 ~5 x
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   . p' K/ `: ]4 ]) c1 b1 p
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ) j+ {0 ^5 h# |( J# _# y
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。

* k; M# N) L" z

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 C3 O& ~% R0 g, n# ~. ^
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 ]( t9 I, A5 {0 ^
4.     if(*socket_found == (~0))
   / B5 D' i  H4 ]9 C# l, A
5.     {
   $ }4 A  _1 I5 Y1 {( ~& e' O
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 S) L6 c. I  R* q1 P
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 {8 [- {/ i  w/ Z$ {, o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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6 ?+ z7 F- w6 Z4 _# {& a+ w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：

7 m: j! h' L# }/ \; ~

1. while(fend > 0)
   8 h& e% T& Z% q/ L. j4 v/ Z6 S
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   8 t6 w6 ?" v, ?4 W; \' u; W3 Y
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - o  n( k+ H1 V5 _1 I
8. picture.fin = 0;
   ; L/ d" X$ t; Z& X
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; L; ~' Q; p; F6 t- s0 D
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 ^8 J2 r0 `& ^6 T+ R
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ! _( O- \/ J3 {% X9 W8 D1 ~
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    4 \; J1 l! k9 V- `& X; E% S
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

, X  W+ W/ M/ C" @. a3 K7 C* H

7 S# k/ ?7 `) Q* }5 g
3 X" a  L% x( z, B0 }5 m# r$ MiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html