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

( a1 m& R  K$ E: L) _

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

* O0 M7 V# R9 Z1 ~' q& v- `' X

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。

% U/ |" O% m- h$ B9 @4 B

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。

  
  

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
: x! r2 g1 i! J; t* ]* i+ F0 a, [& @

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);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 K' K/ Y. {+ N# Z+ I$ Q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 K4 x! ~; C0 m* _& L& [
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 y* ]. W6 V$ b! f! F, a3 B; n
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; ^# E) L5 X: q. j# G: z' b4 ~
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    : F! q- Y) r* Q' U3 |! d
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , V5 V1 H1 |& X0 |1 d, C& l$ X! i& }
13.             return -1;
    , I& w5 F- b1 T5 E) |' @% h0 a9 `
14.         }
    3 J+ t6 a9 b6 c, }' P: m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ) P. Y' `8 U/ K0 a* v
18.         printf("setsockopt error\n");
    : ^- d) G8 M9 ?
19.     }
    ) |5 p8 r, l( Y" _* M
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 t& f- h* @" `7 M
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    + f% x- u& _3 S; N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 N" o, H, Q2 F. y$ y: ?
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % k) b# f( A! j% Q& K; @
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ( m; S9 o+ c5 }3 @
30.     }
    4 \5 M5 D' A' v( b& {/ W( f
31.     return 0;
    * G0 G3 u7 `9 {. I& f* |# c
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);
   1 I  P' c" m1 J# ]4 N
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   9 e7 E2 F% \% u& D
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   : o/ f+ |/ Z% `. G
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    7 }0 P- z$ j& |
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;
   6 ~! J! D9 q! V5 Z2 w
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;
   5 T! ]8 v6 k. ?" k4 T* L* ~
2. pthread_cond_t pct;
   ! i4 j4 u+ \. l* X2 K+ U7 O/ b
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ; q: T) T0 p2 P5 `
5. ...
   / b0 u+ D( q7 R# n& P- J
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & @4 e6 X5 G3 F  C
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & Q+ W0 p2 o* d6 S
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   " J  G& e! v: d4 x0 q8 v  P
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    : S5 F7 v+ m! [+ G& V9 j! P5 _
11.     while(1)
    7 T1 o9 X/ A3 ^9 ?, P% R/ a
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 z+ x% R7 H3 h6 \$ t3 q& e8 ~
14. ...
      Q- F& M* d5 i* ^- G3 a: 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;">
   3 P8 C+ {2 O( E2 ?  r7 T( p% _
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" \
   3 s; I3 C7 k$ g9 F+ `% }! G" P
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   * {& {5 C2 v7 U
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , C5 b& N; X5 g( p3 _) Y6 [- D
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   7 Z& ]+ `' t8 p% y. ?3 [6 z7 B
10.             STD_HEADER \
    % q( A- z, x0 S9 M. H
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' u9 L9 `7 U7 r; n5 C* o1 b1 Y
12.             "\r\n" \
    , P% O3 v* t" ~; `2 o/ X
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & b* V% D# m, Q& p! d
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , a6 ?. A% p' X1 K' W  f
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" \
   
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);
   7 q  v! m: q6 M0 |, U' N* Y: W1 o
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' m8 |' Z7 }, ?5 P: R. `
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . U$ D! e( a$ A: A5 k1 e
7.             break;
   3 [# M: Y6 }" A4 K5 `& B3 F  P
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 Q5 J& ~) B; A/ E+ I% Y
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。

1 E- e3 d. s- z& G9 Q7 r% |' j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)
   & p; V- `' v+ }+ u! E: E
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     `6 A7 P: l$ T# n, B% b8 [! G  \
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 {) k; f9 D' u' `$ A1 P
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 _0 [. T2 \, u) G
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ' o3 P: a1 x) [
14. }

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! p: [, i: s. {& @( j8 ~4 X+ O
2 f$ C- H/ s* r9 }; r" m2 W9 d2 s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：
; @2 q6 {7 V/ a) ]/ W0 P
0 F+ O# S1 y- g  I9 h' i: U  P
) I' t9 b% O, X& ]0 a

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , Y+ V7 L  ]. M' E2 f3 [+ x
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    9 d3 [! B  V: [* r$ ^6 h1 x
11. {
    ; ~( Q4 x  x4 Z( \# J
12. picture.length = fend;
    4 {1 l$ R% C% r5 j( M" E0 ~
13. picture.fin = 1;
    ; b% q2 |7 s) v
14. }
    * S6 @5 l# v" b2 z1 |% y) s7 v
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & ^$ F8 a5 F# ^
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ! g: w4 I2 H2 {1 n* K
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 b7 u# N2 V% m
20. return -1;
    
21. }
    9 \9 P! B, a# W: }& ?
22. else
    6 B. M' D4 Y' _( J
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + f: }& s2 Y+ [& N: T3 x- [
25. }
    + V. R* I0 O  {6 z
26. }

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# r7 R6 w: v( s! N  i  }iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html