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

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。

9 w" K+ W$ G7 r6 s3 W2 Q+ X5 D9 o

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。

  
  2 X/ G0 ~& X  A2 D

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
* a' V9 u$ r# a9 A3 K( g- d( _: E9 j

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)
   " V  a4 W* ~+ o4 g" R
2. {
   9 N/ b0 k6 M. w3 }- y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # J$ z6 \) p$ R  S; c" y* Q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * j) a0 I/ t2 T' w, E& R
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) X1 }& ?$ g6 X. o4 ]
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' V/ O7 N; B& F% i. Y
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 q" q5 n5 |- z6 n7 }1 b
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 y+ d) h* y0 m) {) W+ g
13.             return -1;
    
14.         }
    8 ?* H9 n8 k) n  w5 P& A1 T
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ! u% ]8 l. U8 [. M, ], b* b
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ ^: S9 S  ?  p5 b# I
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 E, G. o# C# t3 s
21.     if(ret == -1)
    8 Y0 t# ^  m4 @
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 T7 V2 r3 E1 S4 ~
24.             return -1;
    2 `& h4 ~9 G7 D2 d- U/ n% ~
25.     }
    ( q1 |  j  D8 u- \( M4 i
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    1 A' V7 |+ l# E3 B3 R& J: D7 a* ^( u% m
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ( L& D$ i8 s' K7 q
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);
   * k! i# c- ^2 ?) g% U* _* j; o
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + D, }5 M4 T0 h1 S) K/ ~( s# H* q
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   5 p0 ~( M! v9 [: p# {8 K* Y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . J2 _  |: F# r5 J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & c( D; {' d6 \
9.     。。。
   : L8 D3 D1 P( e2 F1 [0 {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # Y/ Y0 W. V  X/ A+ Y
11. }
    
12. 。。。
    8 q' Q) ^" L/ H7 D% n* D: d
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);
   0 B% q3 {. i" x! S9 r+ ^: x7 C6 r; b
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   : m% F8 X9 f7 W% M! b+ `! B
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   . N4 k5 Q. V, y7 }
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) g$ f; u$ e8 V
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;
   ( d/ \& e, M: ^& Z
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 J. s1 L( c  i7 c/ ]
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 u) n4 |7 z, C) A* c7 I4 H! f# ^
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);
   4 c. t5 R3 _9 ~( m
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & o3 W( D$ T0 ]& V1 A6 U
14. ...
    
15.     }
    1 E6 H2 S: e9 j9 j% X; w
16. ...
    3 j7 q, I/ m% u
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;">
   + A! [2 H: G) a6 X
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 ]/ f. c" c6 a, o) `
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" \
   ' d6 u0 t* B: }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   3 @: Z7 C/ R4 @3 `& {0 X
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   % L! p6 Y* S1 A0 N* i
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % x1 P. i# ?7 K
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; D/ z  p* z) f, k' Z; F" X4 J7 c
15.     {
    
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" \
   3 o' Q( Q( j' G# W" s5 a" h. J
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ' }4 o: d, ]7 w1 k$ d9 I# Q, X
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : ^. w# }$ e, f# ]& b
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)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   2 l7 x. I3 q2 {
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / ?/ B8 C! G0 o; ?* u0 a
10.             break;
    " d* g) ?: I  _; T' [2 s
11.         printf("sending boundary\n");
    & }7 s/ s  O1 g4 L$ u$ P& t
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 r# {" X6 S& G
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! d( z# \% w- i; p# N1 v
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。

. I8 c+ @) q* N5 \7 j# ~

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)
   , `$ W$ t$ K5 |+ c9 r9 m5 E0 q1 `
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / c% ], H% l/ C" j% @
4.     if(*socket_found == (~0))
   % ]: a" K2 V/ N
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   0 ^- l( m" O. M) @, g8 ?& R
8.     }
   7 }; I" B6 F& ?% w8 A9 N' K. [
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
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;
    5 p! k6 b* h3 s! c" r: i, m
14. }

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# A. k! C5 w; W$ j- \/ Q
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：
9 F, o& n6 f  r  h) \8 @2 V
9 a2 T, I% o2 Y; K$ p, l
& k" Y; |1 l) u6 J

1. while(fend > 0)
   
2. {
   & G1 i" C  k) I& Q$ Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % O- }& n$ I+ z: c
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 X: }" ]8 V1 d1 w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    2 g' v! _! _2 @
13. picture.fin = 1;
    7 {. m, x, F$ ^) i
14. }
    ! B" u: u# }6 g% p, \5 B
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ K0 [( C& ~1 I5 E3 A
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
      Z3 }" z/ g7 w
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
      I7 O2 `5 ?  L0 {% D; J7 \+ g( ~
21. }
    
22. else
    8 r1 s7 A( T7 S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! t) u5 x& C2 p: R% h7 i- B7 I
25. }
    
26. }

复制代码

; v$ y' ^- D9 ?0 h

) Z( ^0 Q: ~  N/ {3 {6 k- G- C
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html