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 a4 r7 S' u/ \$ Y! J) x

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

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。

, x0 k2 d# G  a9 S

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 q$ T( t, O8 @3 k, {

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
6 S' I: e$ s# M+ n

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)
   ) L" r% q) t4 L6 r5 u) f
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 c& {9 F+ b  H+ p
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 G! t* s, G& ]- m: X- {
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    . f( }" x9 ~  w* c
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / b$ O( N" |, C3 g6 a
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    * b8 M- J, S2 p8 ?3 }
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 K) Z3 B% u* u4 L& ~$ h4 I
19.     }
    & F2 R) C1 L0 A
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    8 |( ~+ I' }0 F) M: i6 q. k0 x, X, Q  T
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ; C! @- ?( I2 Z0 R! C' o% p+ b& K0 [& ~
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + V# K. b( \1 z2 d
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # r7 q' S0 B: P  ^+ U; O
29.             return -1;
    / A% N3 U6 U% J! i
30.     }
      ^$ ^/ Y$ s! X/ z
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);
   6 b$ a. P( a: ~8 Z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   5 [( I0 f4 I6 q# [
4. 。。。
   8 b' ?  K! l5 N7 q
5. while(1)
   6 V! u: a4 @. j# j% r( s
6. {
   . @( t4 X# e, f5 s& T% l! [* z( Q5 y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 R; h5 }7 _6 P( L
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * s: c  [* F# F3 F1 N
9.     。。。
   & W+ j, q. C! |' P' b0 v3 |0 F
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    1 Q; u+ _# l9 `2 }/ z& x
12. 。。。
    1 z) E' X3 E7 G9 q" O
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);
   4 _  I( a/ N; ~( n3 b
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   2 V, g7 I0 _9 e& P$ |! y) Q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " v, g- `% a( q' L
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   + K6 Z9 D+ l5 n3 q# H% B% |6 m
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 \9 x* H9 D0 l9 G
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;
   " @: B6 L1 y  x3 M8 A' d  s
2. pthread_cond_t pct;
     J# h) v3 C  q" F" H! z
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 [1 Q' C" E! b9 x! G  ^
4. {
   8 ]2 t# g# v3 T) g- [' J& A. W5 K
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   2 v2 ~( e, G/ m7 [5 @7 T* w* J
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    # w8 u( b/ o( f! h1 ^" @; C  v
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 P3 E; I" `( ?- [; x
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    . ]( B8 E7 k9 ^1 `' {' w) r5 J
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;">
   - P  D/ B/ F+ |" g9 c$ N
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   5 ?; T6 @3 [) k3 ~% B5 e
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   % P6 o# k  ?0 f. l" @
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 t! k' N; ^* v1 s6 O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    . S8 V! L8 s5 [6 j- [, F
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    8 G1 G( Q; }" X0 B8 M8 y
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 h# s  ~/ `' F- _) W* F$ v' K' F
15.     {
    
16.         free(frame);
    * m( @- Q  j1 d% R
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" \
   , f% m* p) I6 N" b; ^/ ~+ C
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 N! \& l/ d/ P  H9 z& k  h
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)
   0 Z( w: y$ i8 D7 B
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   + W! n3 [5 B( t; H. w
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   9 U2 K6 y; i- n1 R0 E
10.             break;
    ; R  O) j( m; Y
11.         printf("sending boundary\n");
    # x/ D. H, \' z, b6 L9 y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 w. @& ?$ ]* P% K
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 q$ Q6 i' s  r% o' K3 e; U+ Q
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* Z: m! _! B+ {- c/ V/ R

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)
   : b3 ^) W; z1 y) @1 E! K# [2 d+ b: |
2. {
   1 C* M; m: _' f4 l+ Q
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 E- X8 }1 d1 z3 f, ~: M' C
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   1 T/ m- }. H$ |" R) c
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / r1 b$ q  m& R, x- k0 Q5 m* s
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + L0 {* n7 J4 X7 V- H8 a1 b1 _
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - O" N% r8 k6 a' y
13.     return 0;
    8 |- @  ]- {5 h+ o4 q, u. w) }
14. }

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9 j( {$ F7 a2 t
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：
% _3 `6 c, j0 Z- @6 A3 O+ [7 e7 K
2 j! ~9 b! M+ [  j; B
6 J( V. a4 _7 r+ B8 i0 _

1. while(fend > 0)
   " K6 L, ^* T7 m
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ' {9 J/ D0 K: j3 j" z1 j8 S- e
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! x8 E1 d( K# ~" c
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ) F+ D& {, `8 K
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 g* s) P' B! @9 O) r
8. picture.fin = 0;
   * ~; t0 V! }& C
9. }
   7 G' H2 @- q" v/ ]7 |
10. else
    : F9 |' g2 r- _* A# Z" j2 D$ f
11. {
    & t# I3 B( ~6 i' r
12. picture.length = fend;
    : @$ T. H, n8 `! @* e
13. picture.fin = 1;
    : ^, A4 G% J% @/ Z
14. }
    + B; w$ j/ E* x; k4 Q: }5 v, |
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & ~& D. T, Y; x! X/ T$ K5 W
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    2 g9 K! w0 p. |- n/ X4 ]
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 r) W& Z- P5 g2 H3 h3 i" S
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    + v& |4 \! R$ n. U, v
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

0 W) X, J! c! ]: k# }" K

! X0 _, S, t+ ^3 `+ O
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html