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

& N  E. W/ r  P" K

9 S; `$ R! V2 }

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。

$ |6 ~( Z$ b. |( p" A/ V

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。

  
  , ^8 a9 n- N% t( X6 A

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
& i! O8 |. u" r; }& t# }. 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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , k# h3 N6 ^% x/ y' `
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * H( b( ^9 W7 r3 W8 \" P
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & @" A# c  W) U5 T
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   - I2 e- l: S! i' I/ [3 A
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   . O. k, u/ @( c* T' }/ @/ ^$ ^
9.     int ret;
   / G" \) w( p* Y# s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 [: Y  t. A8 ^3 C
11.         {
    9 l5 {# M( |  L, Y1 ], g, h- h+ v
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    , ~2 ^' W; ?6 J& F1 }+ U
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    1 o' Q0 g2 P+ }) D- `8 w
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    * s1 r- j$ A0 E( o8 R7 K5 W. g
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    # Z& w2 l4 v5 f3 f% q6 Q8 y* ]
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) X+ P) N6 b: I3 E( K% R  ?
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - R9 z9 A) C" Z
29.             return -1;
    
30.     }
    $ x4 _' F% ~; S/ @( U
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);
   / E# g; n; h2 K9 Q/ g# ]8 F' t' `$ W
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
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.     。。。
   5 G5 q9 M# P7 p
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    9 k, ]6 Z. U8 F3 u$ ]& u+ Y
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   9 G- j* B& s* R: m* m1 ?+ Y# J
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # n- z& E7 O, p3 M% C7 ?. j
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;
   3 |" p% k4 {/ @8 P
2. pthread_cond_t pct;
   : I" Q! Y, n7 J% k
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ) ?' n2 v" F$ H7 i& j* `
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
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;">
   ( ?  ]1 c& p, q% g7 z5 S- O, 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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 X) @6 q. B8 j6 ?
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * {# c; w1 J9 P: u, k. [+ z  U4 v
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " S/ j! F: \) b. |
15.     {
    
16.         free(frame);
      _5 Y6 p. I# t7 c( G
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   : r' e/ |& n: Q! u* L7 u& D0 c7 h
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)
   + g7 a% d) _/ z3 b3 q
7.             break;
     L" P: t7 z8 w0 s* `$ v& F
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   4 Z* Y# q0 C, \1 _' U% K. p
10.             break;
    1 Z& _* \7 h2 g" N$ n: l
11.         printf("sending boundary\n");
    , j% _0 M/ N4 I1 Z! }, A% C2 p
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。

" Q9 ~, _; f& K4 h/ d

; ]  e5 ~) H, J5 R6 Q9 x( S二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
. j* o. i. k# W/ g

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   1 K- [  X+ I( N
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   + f4 d; V9 A, n: d
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   3 \- X6 w6 p% j1 P+ f- y  c& m; Y
8.     }
   : a  D/ y* E6 ]( b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - B; M1 U3 n0 R4 |& _
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;
    
14. }

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( h0 p6 f. J$ f* v  k! l
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：
- W8 w1 t4 |( A3 |. |+ Y% m
+ V: a& q# k9 R. Z: ?% c9 x# p6 V1 u
( a7 k/ _* G1 a/ m

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 A8 }- g# @* l6 f8 R$ c- O
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' m& B& g' k- E
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;
    ) b! k, S: U' w: o7 w. ~
13. picture.fin = 1;
    ! E2 l- P% |0 Z+ U) K
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ; w; f  [8 w2 j2 h1 @& r
18. {
    $ C. F+ E( _. i! c# V" E3 J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - u9 H, V  l8 a6 |* b+ ]
21. }
    & S  {3 n' W: n4 I) S3 d
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 w/ Q$ r1 d3 y0 G, Y
25. }
    
26. }

复制代码

2 Z1 u+ p0 X) d) k( g+ U) L% m8 }

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