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

! _& E  C( X: J

/ ]; Q/ L$ [0 c% J

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

; n9 l* K4 Y) ]7 E$ F6 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。

* {7 V. c1 `+ ]& w5 L4 X# Z

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。

  
  % X3 U% p- j  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。

3 Z( l- Q5 A6 n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)
   " S; _( J& b7 z9 S# D9 {; O6 B, t
2. {
   3 S& j: o0 N  X4 ?' I; k- v( O
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 C8 `* i  u; i. W. k
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & F& U0 M0 J) q, q9 H0 e+ |, v7 J+ `
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   1 O. X1 M' O. m4 d. u, |
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % I: z6 y" ]4 ~! ~% u+ L
11.         {
    6 Z# Y3 Y6 a) _9 @+ H3 S
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    3 A9 D7 n: H7 H+ d- z9 a
14.         }
    
15.     int on = 1;
    . m. l: M/ P. g, S
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 O6 M3 K6 W, }+ `
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . z% Z! e' \/ |) a; |2 p/ [
19.     }
    " b5 v4 a& h" d/ i$ @  D
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + E( f5 Q$ F7 Y8 t0 K0 U
21.     if(ret == -1)
    9 I. ]. f$ d) Q+ l
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 t- A; e3 r6 ~0 K7 ]' h
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    - ~7 o. e& ]6 z4 V" _% m
30.     }
    ! N$ Q& h, u7 v2 J
31.     return 0;
    ! K: O3 ^/ m& A, K
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);
   - n7 P. X; b) c$ M$ O) C+ U) L: e" g2 B
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     k5 d* {; `3 y( J" H& K, P
3. {
   & s& W2 X6 Z8 c7 K
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   8 M. X1 ~" o8 R0 n
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ G$ O% P- A( Q, Z
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 p1 Q. z4 v! h; K. X
11. }
    ! m1 w9 M# C9 a4 p! i4 M
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);
   - b/ @% P1 U3 S6 P, [: ^. i
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ( U! i5 f1 h  E1 E
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + p9 \7 r, p( K: i
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   4 H' E, T% [9 h: z3 E
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 m( @* W' r% ^: y' o$ G
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 ]  p( b3 s+ N2 h0 k# d
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    1 j! g6 e; j4 t' V2 a% Z% J
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    7 O- ]" `& j, c& Z
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;">
   / B; ^) o! \& z0 y5 A
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" \
   ; A; A; N+ Y# N2 g4 n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ Z9 W4 V2 L5 Q: k- W8 X3 Z
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ( U; Y+ R( M, `# i1 D+ v2 Y8 \
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' p9 E" {) v8 F& S( r
7.     printf("preparing header\n");
   / \+ B, W& Q1 `7 f
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' S7 N+ P. U0 C; \7 Q* m& N
10.             STD_HEADER \
    6 ~/ K2 {# u. e) |  G; b
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    2 i" ]4 `, |9 J4 }
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 q+ ]: o" U( N6 H# W) {7 v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " z5 t6 k( h( L* a
15.     {
    ( L+ ]7 b( z! x: ^6 g5 k3 t
16.         free(frame);
    & X) w7 P' C* q( W. U
17.         return;
    0 c3 u1 x9 x1 B& C# H. Q5 k7 Z
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" \
   4 l9 }9 f) E* ~2 }
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 Y' _! V$ F2 g, S- _- H
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : }2 i9 O1 B" b: ^2 ]6 f9 [5 U+ d0 j/ m
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ S9 }9 A# L7 j* ^9 S. R( C
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   - d$ Y7 R6 u, y  g
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " L  B% {' ?  @
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( T4 p+ Y  ?4 u& b
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " B  O, x: M, ]: j, H
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 d1 U1 L! Y0 R0 I; J8 e
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。

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)
   - M0 w( R  |2 C: f$ Z4 I9 h% `& w
2. {
   ( O5 ~% S/ f1 f% d8 c8 O7 i7 }
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / O# y& d& x4 ~" ^4 V
4.     if(*socket_found == (~0))
   , U! L$ x' C) j/ l$ k- ^
5.     {
   % l' z! f& w* ^$ B! [/ t
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 l( k$ N: J) x( V
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    $ d9 I* G8 o6 @3 m% @/ w/ x) a
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：

" Q/ j( Y! V- K( f7 z2 Y  |! m

1. while(fend > 0)
   
2. {
   2 n; z" [- M9 e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 p( |/ B, O8 B1 K' }8 `* r
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   + r5 j! \3 P4 W% Z6 ?; N+ d1 a
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   5 l! z/ h- [1 Y) V3 I1 w3 q
6. {
   * ]1 H% _: W/ y6 |* A/ ^% o. b
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ) V+ F/ e) L' t3 |' R
10. else
    
11. {
    ! B* l( D) E7 \. S" p
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    1 G! i  k, T, X% X) b7 w
14. }
    # l- G$ M- G* C2 A
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      Z; r/ N4 ^  h7 n& P8 t. k
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , \+ Y. w$ x3 Y3 }+ i* P  g9 l
25. }
    
26. }

复制代码

( B% I! w$ U8 m. |
1 C: h3 {3 l5 T+ n3 y  w( z& m2 r' `% a

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html