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

2 Q6 K* L) Q* a

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
  s" Z. n( s- v* h  a, u$ c* H

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。

7 ]9 F6 h9 [( \: S4 m" ?1 W- S9 F. d

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。

  
  + ?, r1 \5 @, U) a9 [6 G4 }

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , h6 z& a- J4 q0 K6 a- f, A
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   5 l9 X2 w5 g# C. D
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ; ]% v$ l. L* r3 q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * T1 K; C! m& ?& e3 J* }
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 n- a6 r: |0 O7 E$ W
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * a8 b; m+ r) ?* X$ H6 p  c9 X" ?) z5 u
13.             return -1;
    
14.         }
    * |4 p1 X+ ?  W0 {8 B4 C  z7 u
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' y7 k/ a6 N4 d1 y
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    " K& M/ s1 T! S3 Y2 }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " a' Q& m: I' l2 v; n
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 ?) o0 m: k5 m
29.             return -1;
    
30.     }
    0 E  e6 u; n5 Z% N4 O5 k
31.     return 0;
    ! S1 z6 E8 `1 x4 Y$ F! f
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)
   
3. {
   % C6 Y* ^! l* L% C
4. 。。。
   
5. while(1)
   % _0 ~" ]" M' E
6. {
     T" a, P  X/ n
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 o) u$ \8 C6 D+ B
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    9 [' S9 Q, z. R+ G8 k
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);
   * E4 \* `: k$ ?
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 ]; u9 U* @! R' x% D+ K+ c
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) n. E9 o! o& ^) S& {% ~
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. pthread_cond_t pct;
   . M$ ^6 S2 E9 Z& ^
3. int main(int argc, char* argv[])
   & q# q0 }2 b, {! {2 ?. X, z( y
4. {
   2 e) J. ]' n  H) U. q& q: ?
5. ...
   4 G& ?5 }) Z' d+ E' L% ~
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - T4 f% {' N) a
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    / e5 z$ _/ E% z/ a' w  I: U
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ! h6 {& Z' m! S2 S
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;">
   + o) q# J. Z  A( \+ L0 D8 H
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" \
   0 R9 O7 P! z6 r7 L, E5 _2 N7 q: j
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ) ^9 u1 E9 ], ?5 n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   5 X9 I( X- x- k4 ?
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % _) W5 S# b* [& i0 G
10.             STD_HEADER \
    ( H8 b; V: ~9 p
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    + H' ?+ I9 @4 s
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    & w% C& G# _+ U0 J4 k, R
17.         return;
    ' a2 y1 p% ~' ^1 L
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" \
   & x6 v3 j% ?8 u0 O( _- ?
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   & R. \" X2 D/ n7 c3 X* Y  D9 S
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 i6 ~5 d# \1 }+ x& I
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   % h- M2 G  I8 B# W  r% r7 x, N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   5 h" M* Y+ M. x
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * U  p6 U8 h2 d6 d
10.             break;
    * |( E; Q" c. ~! J
11.         printf("sending boundary\n");
    / b3 ?3 O7 I; @% B( 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。

) @5 R# R2 u2 V; d二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( Q$ d$ Q5 d4 G6 Z+ D0 m0 ?

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   1 D$ E- n$ p* F
2. {
   - M2 V! j5 N6 i$ p( F
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   * ~8 ?/ T1 w' @5 U$ `/ z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   % ~( c9 i: ^8 }
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 V# Z, _% V; D9 J7 u
7.         return -1;
   1 c* }* _. a- u" U' Q4 F% {2 X
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! ]- m" T( t: {2 ~  S( x
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 a: D# l, J5 s7 K! S
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 ~3 I* N8 M: L% v
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

7 a0 |0 X9 ^/ X4 f  x1 p& Z
4 Q& L) b( O  ~, w) s0 L; L1 u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：
. S' D+ e! Q7 F; z
; D/ }$ K7 w& @9 s

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' n! `% t. ^* }( ^
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;
   
8. picture.fin = 0;
   0 F9 R! M0 f3 u5 f' w
9. }
   
10. else
    $ r% K% j6 x# p7 V
11. {
    3 Y% f' Z( r" g9 K2 W+ p
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    / f4 _/ l+ W0 v# p( l
14. }
    2 [/ T( p" g4 i! `
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ' d3 o  A! f5 b) ~' m, S4 o
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    $ W) Q9 S7 J+ e/ U5 h! A7 i  s
21. }
    
22. else
    
23. {
    / _9 m6 f( g: t$ V5 B
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    " l/ g( w7 _- u* O
25. }
    * z, G! N, ?0 E# R/ J' L
26. }

复制代码

& L! V2 {" K, x

$ |- Y% y- V) Y2 Q2 q6 X* ]( G, s' d
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html