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

+ u' [! n8 q+ m# [5 X$ A

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

( k& b2 u- d' K$ U4 f5 O

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。

: g7 f' {/ l# C" j* ?

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 ^, D/ D- q; K& y  Y

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
7 [( x4 X3 a; x# Q

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)
   6 ~1 E9 h2 b& |
2. {
   - I# W7 e3 S6 J) |$ w
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ n$ q) ?5 e  J/ v! l8 f% H
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , C( B) O3 D: b9 h: l# n
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ; U5 F0 y4 p& z( x. z5 v
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 @$ K: c0 y$ d) }$ k2 B% G3 m5 h' G
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   - G; H9 s: \3 C! E+ w
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % h5 F7 ?- z: B+ @1 m* J3 z$ _) `: ]
11.         {
    . ^+ _& [$ v! Q. ~# Z' @; I/ G
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' T+ C, t5 j* U4 F. ?# J! Y5 o
13.             return -1;
    9 q7 @2 O' ~5 \" r9 T
14.         }
    ' ~- R$ ]3 c! {& _6 }
15.     int on = 1;
    ) _, L+ `; v" [: j6 M9 x, ~! ~
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' G; K0 H- @* G: m
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    # k1 T7 w! M( i/ J% C8 t" f& a
19.     }
    % S7 r* c; k- w: ]
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! D2 L; Y) j* _5 J0 N
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) S, f% g: }0 U
24.             return -1;
    4 W  n. [- ?- b# t4 b
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    2 E# ]: T9 P9 m! q) d  N+ q
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    7 ?4 N+ x4 {& g/ ^
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);
   , D6 b* C9 _; A, n  b! v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   2 `# K  z9 M) I
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ) s& z) o* R6 Y, D# Q5 K# o+ S: J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     Y# T+ l) W: ~. Z& j" g- ~
9.     。。。
   : H  i, j% G/ L: u* J! g( W1 \
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ l8 d! {4 R; p  }! R" E
11. }
    
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);
   7 S5 R4 r# _4 t  F6 y' e0 \
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   % |( l- y# W+ h1 D$ s; _) a3 @
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 y# q9 s' P5 {$ }  ^) k! O7 c; a4 m9 y
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 N+ C( B  x/ W, d8 R3 W. K
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. {
   
5. ...
   + @" z. B- [! \) g+ r/ P
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # F& q9 r3 I) e9 j5 M
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / S  ^1 ?6 {, k/ F
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 g& u2 X! `$ A: a7 D) y9 M. T' v
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , O5 L2 U  Y: }) g: p5 m) C
10. ...
    
11.     while(1)
    ; R+ Q/ o+ |$ J$ g1 `
12.     {
    . f# r: p% j( e; h8 v0 Z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) X4 X9 b3 L6 D; r% J/ l* h  q
14. ...
    : H! k( G" V, k4 X4 _6 A
15.     }
    # d* t) J* v& K6 _3 i6 J& \0 Z
16. ...
    : B3 v. G  _% R  R$ y
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;">
   
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" \
   ( g. {6 i- U# s1 ]( I; o3 O* e
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"
   % ]% p3 T; o0 G4 N) _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' B3 O( p2 O0 a) q
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 F2 r0 E# Y  k; v" s* n
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    6 z' m1 v3 G0 i4 y
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 q: _7 v/ Z7 ~3 ~1 |! Z% r* |
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) ~; |9 b9 I* w* H+ h3 c9 G: u1 _
15.     {
    5 D$ r( s' Y/ d) b
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 j) V$ y, z) ^! f& e$ ]
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" \
   ; H9 V! X! `5 O& S# {
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");
   . p5 i9 v8 O' N# p
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & C+ H- a3 P/ y- y5 k+ H
8.         printf("sending frame\n");
   ( B2 Z# b2 x2 f* F7 G- v# X
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , w' j' g8 t$ B- M3 W4 [
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . k' W0 {0 n! ?4 \
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

$ P4 t& i- e. \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)
   
2. {
   ; `8 Y1 f; Z2 r  N% {2 y
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) _. s' {, J/ s$ \% n& {
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + R; P* E+ K1 |2 Q! q
7.         return -1;
   
8.     }
   3 p0 Y5 I' C* D. @% i. b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    + Z3 V+ k2 J" N! l
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( r3 \* |  A. |7 ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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/ _3 G  w. ~9 C* {, s8 F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 Z8 P6 l1 o* e
: S, z+ h# G/ A" Q! j6 B4 K

1. while(fend > 0)
   ( I0 E4 b4 C- w; V  c& \+ Z' S
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , x7 E: u6 e, ~) {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   , w3 _- l6 R, J: `# ^, w( u) Y
9. }
   0 R; O+ S3 N. v- j
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ' ~  s; o' v8 B+ R/ P
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; L, o; Z) x4 i4 L; p) b3 E8 p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      \% K& c" Z, N. D) F; z" K
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( l4 M& d3 E2 x7 q
20. return -1;
    
21. }
    4 _$ U. z; ^+ s. s! m$ `" p5 N; P
22. else
    & E, ]$ e8 x% f" H6 O* W0 t" {! A
23. {
    7 w9 b; I7 r- S  f2 E2 u
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 y) T5 K) ?7 {1 m. n
25. }
    
26. }

复制代码

, x3 J  ?! T0 X% }
) x: E: ]/ K% L( T8 j

) y+ d& `6 W- W3 M7 T5 Y+ {2 yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html