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

8 t  d7 z& P3 M) s# M! {; E' r

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 }  A2 g! r6 j8 o' n

# M0 x" t4 Y; p; {9 b+ j, N

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; p# {0 |: Z3 j, C

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 n, ]7 k5 l  x3 s: _3 K: {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)
   - o4 a8 U: X$ C' y* H
2. {
   * e4 \9 k: ?1 v9 B6 l/ D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : Z1 D8 v/ g  F2 I
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   / Q4 Y5 X$ B& |4 @9 u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
     w1 n6 n' o: Q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   # Q: I8 @; F  Z  ?1 k% I
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % Q7 j# P2 x1 ^" V/ Y
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : x0 f. s" K; N# T  U# C0 o1 A
13.             return -1;
    ! s' X" e6 O2 Y9 W1 }  ]
14.         }
    : t0 a' e2 q- ?4 R
15.     int on = 1;
    8 R$ W6 c& s* z, ^  o/ U
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
      ^8 h, r3 h. H1 O; ?/ @8 w
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 i0 L5 U0 B) O( f
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & ?- G, p, m# d
21.     if(ret == -1)
    ! j5 N) G+ c6 x8 _* a
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 o3 x& p4 o- L8 x% A. w/ v
24.             return -1;
    
25.     }
    ) Q% M- ~% a) a2 c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ' h6 g( V% ~- C5 ~$ [/ e- V
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % g% g  M: R+ l) t) ?
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);
   8 H, l3 |( W- V- E  n
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   & q+ Q. F) M5 j2 t6 @) W1 j
4. 。。。
   2 L' L- N) Z! A; h
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ' x- j4 W9 u% S5 }5 T& m
12. 。。。
    % Z) y) o8 f' S
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * s# w+ k+ A' J: T7 n
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ( ^0 e: c7 m8 V: |7 T4 o4 A
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[])
   + c, r9 ?$ `# w4 k8 l4 n9 k' P7 z
4. {
   2 P4 u! b( ~9 J) U# D! d0 I
5. ...
   & D5 X4 K# x" K) a! k
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);
   4 {1 z5 y, A: D& {7 [: j
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , M/ K, P1 j0 L. Y% Y  m" u
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    2 z4 D+ l8 l, P; W5 i, \$ o% x3 _
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    + A5 _6 J) {5 a- C7 K- W! c' r
15.     }
    , t1 R9 ?/ R/ s0 b3 V* O2 [7 C  a/ `% q
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;">
   5 p% w( x$ U% P" \# S( l# r. R- 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" \
   . Q& E! y! W; q: ^, D9 u. c3 ~
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   . I3 k+ R/ L' W4 t' I% B
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   4 d0 u& i, x  e+ l& @5 m9 ]& K9 O) p
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     B+ G! E' u! n: Q
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ' }( q( j! A, {& S! t1 F  y4 U8 k/ e) N
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : V, O! j; \+ W
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' c; r. t% `9 E% V
17.         return;
    " q2 U+ x7 `" T" X+ x
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
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;
   * p' [' ?) ]! U; A
8.         printf("sending frame\n");
   9 E- X9 l- [  ]1 N  p. I. d8 w* a
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * w+ v, j0 Z4 ]- C' y2 I
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ; y& I5 L" u: y! f% n1 c
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ( |, @7 A5 W, Z2 r$ i! Z& R5 @
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

7 ]8 T3 s# F  I  P5 K

! p  W  Z' s5 C8 j1 ?( Q二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 k  M( S5 F" m2 {+ y% T7 o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   * h( \# q0 a- w, ]9 w5 a1 c5 B
2. {
   * T+ }: y( Q4 P# Y( @
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / ^2 U0 ?( |( D5 j- r& o
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; A) f5 a$ U, L% l$ I' w
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
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：

( W, i/ {) |/ c2 v0 w7 `9 ]6 E4 ~. S
! d2 A) j0 s$ I0 t7 |) v/ j

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + Z- N. h/ P7 K* F
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   5 f4 i4 i! z/ `2 }8 E
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! z9 z' ^+ e# }0 Z7 ~5 A) N
6. {
   6 s/ P5 x" \# \6 Y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    $ O/ D. v2 F" F. v2 t* D7 |/ z& l
13. picture.fin = 1;
    $ E; Y% z! U$ |( t
14. }
    & b1 `0 B5 e$ u! K+ |# G
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 c4 G" d0 ^+ v* v" Z3 d
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * C1 e( n: E# X4 U, W; W4 S
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    - [) u. o" I9 @6 h( D
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 m, g! j- ~+ _
25. }
    
26. }

复制代码

; i0 K; `/ e3 m+ i- \' q# A. ~

  l# n6 q" T  v9 w* p# EiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html