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

1 i5 L+ J; V7 o+ v" l1 e8 k. 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
# X$ w* m( n4 l0 H  M5 |- B

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。

" ~' \( P! }* `3 d( [1 _

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。

  
  # `* g& H" R: R$ `& U

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。

2 r2 @. U0 |2 q. T- k  e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)
   $ t1 m/ F8 t- e; e6 L5 x4 o
2. {
   - C  o+ J0 I% N% Y; R, y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 m7 E7 |  p% Y, |/ n
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   * G6 m2 C6 J3 A
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
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);
    2 y1 y5 T" ~$ _( l% }
13.             return -1;
    
14.         }
    ! A$ M; i+ _- p1 @3 [* m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' A  e9 s- B$ ?+ N
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : h) v6 ]4 g5 M6 t
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    5 M8 m) ^- E: L3 ~5 G/ H
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . h5 Q1 _. U8 E; i
24.             return -1;
    
25.     }
    + W0 v7 i( T8 N5 K8 l* g- K2 L
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 z- u2 ]2 |4 T( B4 L
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    5 _) j6 w2 l3 K* Z
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);
   $ a" u& n/ M5 n% O1 q) q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   2 b# M/ r6 ]9 A: U) F
4. 。。。
   
5. while(1)
   " A/ h  u  R/ T
6. {
   ( r) O' [% f) X
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + q0 G, f- Y5 F
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   & U- }9 R, ~' T4 y: R: e2 g
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : \0 v3 Y! @) Y) E
11. }
    # B0 a% z  ?/ u
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;
   ( Q* i' D% b( |- U, L5 M' l
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   $ ^: ], Q! M1 l8 y% n" K, E
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 g/ z9 [! g( J9 B7 j
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;
     B0 N8 l% E" n2 _2 M
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   # F8 N* B4 U6 O: W3 |9 q2 X
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; p2 _% n+ o; @- R+ b9 [) W
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ' U" s6 h. \  N! Q6 ]9 T9 ]2 n
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   & _( Z. q8 P. U8 Y; q) K
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , W+ b+ u2 l* I# ]
14. ...
    * v7 a: f! h& A, r6 l$ W0 z
15.     }
    / |+ V- ]! ]: r9 D* L3 ?
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;">
   " @) c9 L% B' @5 B0 C" K$ W
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" \
   7 d, k6 ^) J" ~( Q* I5 g! U
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . I1 h( m1 M3 _) ~
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ( Z0 u) K1 n3 O, Q* t. D% n  X3 r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   - L) f0 ?( Z3 A( B. V
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" \
    6 J5 Z' f2 w( u2 Z7 m
12.             "\r\n" \
    6 m- s8 F- h$ S# C1 u# ]
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % J% b$ g0 t! t7 g
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( q0 T2 |' _, C, I! M$ I$ R
17.         return;
    $ h! C& F  ~" ~7 Q1 D, ]& N
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" \
   : F6 c& _* `/ s0 y- p
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 [; A: L$ C: @2 k  ?! f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 Y- D3 [% O7 ^$ V* o  x. N3 l
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 f9 G, G6 Q  X
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & ]8 M7 Q" b/ w1 [1 Z
7.             break;
   ! r1 ~( x+ \. a' g+ ~
8.         printf("sending frame\n");
   $ x6 r$ W+ W' r, M
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " p6 ]1 ~  A4 ?! G
11.         printf("sending boundary\n");
    5 V: P: i( k6 Z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , d5 p' l$ |6 o" v4 Q  j5 H
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & R% n7 t3 E9 ]  Y% i
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。

( u2 A2 u" l- z! V0 @! l二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
! ~# I  O( `( g% K7 d1 Q

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   & \/ I- E8 c+ H& f$ I; a7 O
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   - O8 e8 a- M0 M
4.     if(*socket_found == (~0))
   & T2 J  k% |$ n5 P: p
5.     {
   : P- N  w/ q' I" @. ^" b9 M
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) Z- y, y. z- b+ O" o5 }1 c  g# M6 ]4 ?
7.         return -1;
   
8.     }
   7 f1 ^& F& q# U* l1 u+ o+ e
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' V" L5 r! d8 S& E4 K
11.     addr->sin_port = htons(port);
    & M5 }, F8 D# d/ d! W2 @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    * r2 N# R9 m- _2 o
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

) Q6 R% O; }* ^4 B" D4 C% i
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：

: v  y6 A* g0 D

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' \9 v+ c. {. h7 V4 H
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   3 H' T, f7 u% d
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 `- K( t! J$ X: z8 V; v
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ' c) L( M1 R+ Y3 I" `5 ]
11. {
    
12. picture.length = fend;
    % z4 D: n) C7 N# A
13. picture.fin = 1;
    4 `3 q0 ]& z" i( h
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . B6 J1 g% f' g$ R8 f1 d
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " b" M- [! b5 Q3 R4 F- x$ I
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    , f" i* C$ @) ^: |5 @2 W* H
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    % s% M8 }) L5 i1 g: Q! l5 y
23. {
    * c9 W* C; n; m" b
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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" ~, Y9 L0 V0 Z

4 K5 L) W' X" d; Z  H' ?
3 s+ K- X7 L: `$ o  MiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html