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
& d/ {6 r) t7 X+ ]) X- t5 v" u
, d) r0 T' `& n- B5 W

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。

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。

  
  ! P: T0 n2 @9 U( p

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
2 v, G( M* Z9 w6 K8 ^; a5 P

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)
   1 q# v# O/ n& X2 v) P1 j& t
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / R0 S$ T% y  u7 s+ h# Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 t# b- G% J& a1 `, F9 s0 M
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   9 k9 \( c9 T  J/ u6 L- w4 f
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 u' {+ V- m: \5 t6 E
9.     int ret;
   . {, O, e# s; J' |( Q
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    * s  b6 w* W4 l7 q* K( b
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ( ~% ~8 W( u7 H" o/ x# _! t
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    3 w$ |% K4 S8 n7 k. ^, q
18.         printf("setsockopt error\n");
    - i8 s' C" X$ u
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    % C. F/ }  C& E# S9 O9 n
22.     {
    3 W; ?' f/ Z# R% g) t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    * C- m7 n, |3 A/ \) z' ~6 z* N: ^
25.     }
    4 V0 x; ~' p, Z5 e( j" i1 q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' |6 Y, b/ G9 I- C+ s% _
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    , ?/ m; J3 o( d7 ]8 B8 D
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);
     u1 s' G. g7 {) t2 r
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   $ `- A! N: w7 {$ F
3. {
   7 H, R7 c' o& P4 v# Q
4. 。。。
   3 g! \  w: K0 {- [
5. while(1)
   0 |7 ?" w4 d0 O9 n. J1 y
6. {
   3 h% Q4 S& ?1 w* M4 ^9 A0 e
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. }
    
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " ^% C3 g! \; W+ K( p# x8 g1 `! `
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 c; q# b% t4 }$ E  M( W( f
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;
   5 C, n- D2 O" \! }" E% Z% O/ }- x
2. pthread_cond_t pct;
   ' ], ]1 Z  f% E
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   1 s" g; |1 w7 ]. [
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; y# _# O4 z8 D1 K5 I8 ]
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 m. Z3 b+ g: \* w0 N8 a* R
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * D9 @+ r4 c; h+ X7 {7 S( x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   % C/ @! O, t7 N9 Z/ v
10. ...
    
11.     while(1)
    / ~5 L/ B, {2 U, }& d- _* W3 Z# n6 h
12.     {
    . Q) k! S: Q$ M$ y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ [6 k+ C2 F4 F4 N
14. ...
    
15.     }
      {5 y* d/ L. A4 D& Z
16. ...
    8 O. U* b. G* w
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" \
   : p8 c0 T5 B' k% @* w
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"
   ( |' }6 ~, w4 m# B
7.     printf("preparing header\n");
   9 V/ D* G; W4 E) O& F7 v+ `* c
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + T* M/ @* d2 T7 E+ |% s( H
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    : o8 ]4 z" ^  j7 Q. U0 E2 l: K  J
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % U( E; ~+ o3 F- {3 @/ w( q5 C
15.     {
    
16.         free(frame);
    5 T( w- {& N8 ^8 N& |
17.         return;
    " q' A( r1 d; n3 z5 v2 H. Z6 t8 S7 C
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" \
   0 }1 r3 V. n( b5 a9 ^  b% k
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 s+ p6 d" [. q. D8 d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 @: I( k5 A0 Z: S! a
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   2 h6 x  t  S; u) T0 |9 P
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    7 U. O) _9 O& F% \& J) A# h, _
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ' `. `3 L& |3 r
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # l  _" @8 L" u9 U- H) i
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。

% P! L& ~% Z) J, k  y8 @" q' b

9 ^! d- X0 h# d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)
   ( G0 C/ x; O8 P( \
2. {
   ( s( o6 I3 c: W/ G& Y( T& c/ \3 k& U
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   4 q& j9 v% C; Y2 t, X0 N+ {
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   0 x+ a3 R+ d! C4 z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " z, x8 U1 [: G! c- p& x; ^% C* E9 ^- D! x
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 V; [5 z1 i: I. W7 D1 B
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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4 e! g4 i7 V+ p5 V9 l7 @. d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：
) G4 p2 J6 z- y, l/ C/ J1 ^+ [8 A
) J" p7 J2 f( V: U
% e% R0 s( p6 l3 E9 k& Y

1. while(fend > 0)
   
2. {
   5 x! ^+ h$ r9 J0 g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / N, D( P( h& K' W$ o* @! C
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 f7 B1 i: H, J
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & h/ L& t( u" C2 i- n
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    1 ^6 x) D+ ~! `2 _. d. g
12. picture.length = fend;
    % v5 l# n1 K3 W5 d3 r9 o
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    6 N6 M3 w5 X) H8 n4 G
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    2 S1 U- i: L6 u* x+ w
22. else
    
23. {
    4 u$ L0 [7 J: w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / I! q, U* R2 U" i
25. }
    
26. }

复制代码

9 b6 v" p5 L3 N$ M. K0 f
  d3 b# ]/ c3 C; W4 t, x3 D" I& f( t

3 n- _; O/ ~& j+ k9 RiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html