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

' W4 d. P: l* a
8 r" r$ U6 @2 T' z+ o6 K

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

) g8 Z  e7 e' N

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。

$ y. w2 ]5 b1 `2 W1 p5 x  y$ N" f6 L

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。

  
  2 ^+ S! Q# R* b) H3 Y7 D

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。

/ }8 ~+ [2 d- L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)
   - N1 W& A7 L9 H# S6 f) J, E8 w
2. {
   ! f$ @) P. ]" N" P' x5 _5 i
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 Q3 H! f4 t6 z5 f0 `
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 A7 d' @' Y/ A2 C) m# E- l
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 |) E9 x# }8 ?1 b( m
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 H7 j, {& O! ^1 Y7 p! F1 E" Z
13.             return -1;
    
14.         }
    - I. X9 R! d, Q" g
15.     int on = 1;
    ( R$ y7 S1 h9 v2 X" ^! k
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) s/ i) F8 m) }7 q, `/ S8 Q4 y
17.     {
    1 s2 u8 R0 }& ]' ]9 A7 r
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 \" E! A$ ~3 @: f
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' I/ K/ f) i1 @" X
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 V6 O' G, T, L$ L  e
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) z: X; _0 U/ F0 C5 d
27.     {
    / j2 _4 \7 S" }: ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    ! `3 r' {5 Y9 d# I& d
29.             return -1;
    ' T+ A, ?* Q& h3 [/ L
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);
   & J5 T: P/ d  u4 L
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   4 a- w8 G& `& c. V! Q3 R. U- G# u1 T
3. {
   , D/ k9 y1 a' q4 ?# y
4. 。。。
   
5. while(1)
   ' u$ S0 z" l) ^# n
6. {
   ) h3 j5 D; y! `% K( W& ~
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 X6 ]9 ^+ u7 x7 s
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 m5 Z6 a# R2 J; z: G" e
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # j# @) d4 w3 D8 |
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   ' I' N* i7 K, s" g1 F* u
2. pthread_cond_t pct;
   ! Z6 G$ S+ O% O/ |/ P" h5 F- D
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   1 r# o7 W( q  }( [
5. ...
   4 j# @  N) @' k4 l4 C6 x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 i, g4 @& d* W. g( s( O$ S
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + E4 \; B1 M: y8 B! m! d8 H" A
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   0 i0 H8 V$ h( _& S1 L/ P. U! [2 r
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   1 v) F7 \% d& B3 e
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
      {( z1 z5 ~% b+ a2 |
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    % p. w$ M9 b+ Q: p" U- ^
15.     }
    
16. ...
    5 k# A) L# U& B
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   8 B- j8 }& {# H% u
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"
   " H& A8 x+ |7 `( \* C$ Y
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( R4 ^. H0 X7 @" v  N! T9 h
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % k0 J4 X- g9 S% a
15.     {
    & n6 T$ t+ z  l, j
16.         free(frame);
    
17.         return;
    / H) i  |4 y( b$ |" m9 R  Y
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" \
   6 S0 E5 _+ I5 d7 |
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 U  Y5 K& r7 C
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . {1 S- Q  `5 L6 j
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ! m/ g3 h) U4 |$ F, U
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   8 u' V9 a$ Z0 c( d
7.             break;
   # r8 T5 a% }6 n! S0 R5 n
8.         printf("sending frame\n");
   . T1 W- m/ R9 F' Z+ J
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    $ i. n9 ~, {1 u* m. I' H+ _" [# M
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 w: Q% C, K1 {) ?3 b' B
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - ]9 h3 _3 r3 X- m
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。

' D! C5 w9 H, |: ^6 X4 ^

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
. s: y! t4 I0 x3 f8 Z

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ! r8 H9 U% e% s' j$ |
2. {
   / _7 O# ~+ h) C& `
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   9 ~/ h* k5 l3 q8 \4 g+ C7 T6 e/ G- k
7.         return -1;
   $ H: ~, u5 d5 _9 D4 S
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + R. a8 q. e( f# @6 e1 Q* `
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 n8 \" B) P2 C2 a7 m6 j" d5 o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 B( z+ q1 s! S% Q4 e( z8 u7 p
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    % o1 F) f+ P; R6 W
14. }

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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：

- [1 h0 m) {4 W, r: [
9 O" ?0 B% o: d1 N' ]

1. while(fend > 0)
   & R# T7 |. T5 n7 |: B
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. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + f. Y; `' D, d9 g7 f) n$ r
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    % I+ o( g- @7 w' h3 y/ I9 U$ R
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + q1 n. x! t3 T( o
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ' |0 X: ?6 ^6 v. _1 [7 ~5 W
21. }
    
22. else
    " j& y9 @8 f( b6 b9 W
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    2 S  U* J% ]; X: ]( P! Q
26. }

复制代码

: l+ w0 X9 ~6 Y6 x0 k  p' Q7 t: R/ QiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html