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

5 a( s3 x3 J" n5 v; n

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

4 O# @3 ?1 D: @1 j( `9 V

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。

0 O6 e# e0 }9 [# E6 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。

  
  ( B) }, A, N/ L8 ?$ F

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
' o. _+ d* K4 n9 v2 n& I

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)
   , u1 s" b- k: M" D
2. {
   ( }( K2 C5 f/ {' Q- B( j4 a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ H/ O9 N# o9 N* ]% A# L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' c% S3 i  a! t# q1 n$ {
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   9 j2 w( j# y+ g, O% y
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   + y+ @" o1 W: x, K- i
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 v8 k9 l% r" R" z3 Q( d
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 b" X7 }! Y; n" u1 z  C8 i1 \
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    $ x5 z6 s; t( F4 W
15.     int on = 1;
    / ~) h/ m' q9 h4 B) q+ y
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    + ^* X& X+ q$ c% w  P0 |- b& h9 P7 O4 Z
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . e; ?& X4 q3 ^
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! c* Y  P! ?) W  a6 q) Q4 M) M
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 n5 B* Q5 C' c0 {9 F* y
24.             return -1;
    6 h3 {" L0 B) s; O
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    " \5 L3 u' W" g5 n; a5 W2 V2 }
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   1 S5 X4 `1 m% C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   - w7 t8 V2 {9 I" S' @# f( z
4. 。。。
   
5. while(1)
   3 H0 ]8 N8 p& m! L, @& l! }
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - H4 G  {/ J! U- C/ q1 j! x
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    4 O, J/ j% t; _' O
11. }
    ( B" v1 |, P& Q* r. G, J! C- `
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);
     T+ u# Z$ M9 j1 [
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
     l' E" C# @* |) r6 M) w8 l
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ! k6 Z5 e' i5 q1 V/ _$ q5 O9 r
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & w! a6 g- Y* C3 z
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * e" \1 q) f) ~5 Y' v, x
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 m# S% \7 B, _- x) _$ u
3. int main(int argc, char* argv[])
   # e2 W% V; \( G  e- D$ {
4. {
     k9 i$ J+ S  j$ z$ t  o+ G5 q
5. ...
   ( c. f5 W6 T4 s1 N, p; ]( B$ W
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);
   $ V* [7 V# f0 \$ G
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " ]2 v  |9 C: _! O4 E% M. ^
10. ...
    4 q, n0 Z- f2 E. b! C) e
11.     while(1)
    % S1 x8 T+ ]& L! _$ ^0 C. _
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ `7 {" i7 p- p) L
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    4 F) ^  Y7 G$ {/ `
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;">
   1 v" R" T( K. n( I) g* L0 ^! X, G
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" \
     f! G6 E/ M+ |, ?. s. [
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! U6 L% i7 Z! ^& A, a# ~: \$ M
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) L9 C; q" [. T8 a$ m. V: A
7.     printf("preparing header\n");
   ( k  ]% f$ w4 k2 [$ p, b8 r" J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * g4 k. t6 g  D, X9 y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   1 \4 u2 S+ l- f0 l' T+ S
10.             STD_HEADER \
    % B5 X; L  F- |* Z% o
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / k) h+ r- P1 g: P) w" w; X& T, h) G1 x
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ( X4 a& i) j1 V: Q6 f
16.         free(frame);
    
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" \
   4 A' w) F* ?% s5 u3 B' `- I
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + {: [1 r' S1 U3 r# D
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ) `) Z# W: ~5 k# l
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    # r7 t+ C$ `7 T2 U4 C; p2 W% \
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 o/ N4 X5 p" f/ U
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 [7 h! g/ V9 _  t. _
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。

$ V4 K3 f2 L$ O1 @; ]3 b- [) J  [# |

( a5 R" t! A# `5 _二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, E# R$ ^( A% I7 A

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   : \0 o/ g( A% J! R0 [
2. {
   ' n( q& T# E: b  B$ \3 B
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) T, E" I% d6 e4 I" B5 [
4.     if(*socket_found == (~0))
   + I& u7 [; s3 G2 |% K. Q5 I
5.     {
   * c- J# d( U6 R8 k; K
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ; X1 S+ J! t4 g. U, @
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   7 l( o1 c! u; G5 X$ ]8 ]
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & k5 X" }* n3 Q* f
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    0 M2 |) E8 H/ f6 v3 P1 K
13.     return 0;
    2 c8 E. v6 V& u4 ^
14. }

复制代码

7 z2 n  M9 J2 k5 t& c% Y1 J
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 z6 @; o& a( U

1. while(fend > 0)
   
2. {
   $ X& h3 Q# v: ~+ l% }# w
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 ?* O' `; ]# e$ X
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;
   
9. }
   
10. else
    ' s! `0 a6 R& c; c: f# k1 {  q
11. {
    , I0 c& k* s4 ?$ T9 t5 k$ ^
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ( A: h1 a5 X3 Z$ K( n
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / M+ W3 y7 m8 `3 E) L% t# O( ^- R
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    0 G9 w6 k4 q4 g& r2 |* Z7 }
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; i0 V! x8 F  `/ X6 I. j. I
20. return -1;
    ' o3 M8 h. Z$ r
21. }
    % V$ l% c$ d9 Z. x
22. else
    " ]3 Q6 \" g4 b  b1 [; j$ e
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % x4 X0 Y5 ]& g
25. }
    
26. }

复制代码

3 y" R( C! a: e  \7 k  B; X5 i
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html