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

$ |( T9 m. k, u
7 h$ R* P5 R1 u- [* s

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 N0 L8 L7 Q( A$ A

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。

+ r- [* t8 ~; w" R

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。

  
  ; e/ S- q9 J- v0 ]0 D8 N

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。

* Q  I$ R- s" A7 s/ u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)
   0 X% Q- V1 z6 w' I. J' b. s7 u, R
2. {
   9 H% f7 |7 a3 S
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) M, |* i1 U! p4 G
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    7 \* s: Z) U& Z8 b) B' }$ @7 V- X
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    - H: i# [$ M& k0 D+ ~6 o6 g
13.             return -1;
    
14.         }
    6 K2 n# W" {8 o/ r6 B
15.     int on = 1;
    1 I2 p6 j; e/ R$ \+ J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 _) o- J- E+ _! k' A$ R, v# b' j
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * w7 O/ s5 G( R& n
21.     if(ret == -1)
    : ?& g& s. W& E8 ^6 s
22.     {
    0 u# ^/ P+ i7 @) K+ B
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : V/ V. I* H" |/ i
24.             return -1;
    
25.     }
    1 ]% p. D5 I" r/ y- x; D+ s
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) s# g1 I7 {. V# v
29.             return -1;
    + [" M" D4 u5 B! ^" R2 u! J4 r9 z5 |
30.     }
    ' F& L( e) J8 N6 E2 v2 _
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% k* ?2 q6 u/ s; A
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ) {3 R* B+ `) T% Q
3. {
   
4. 。。。
   : ]1 \6 w% v& {3 B" e9 M
5. while(1)
   5 {9 Y$ l( a3 E8 `* t) p2 b& P
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 H. H9 ~# L4 J# p) a4 a& B
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 N5 v' p9 _7 Y9 c
11. }
    7 ^/ E# y) X; W" Z4 H* U
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);
   ' n& p; k/ `. m  @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   8 G) ]( m, t* ~* p
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! w" Z; {: l' e5 t
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; A1 g5 N0 t! ^7 }+ f# l4 j
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;
   ' b( L' |7 h% u
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ; Y: o9 a% D7 c& X  s% r7 [
5. ...
   & i: A& v/ Q, B& R$ Y, Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ! \: v. t/ K' H* I) r7 g/ o
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . V+ U3 l5 H# |" h/ d$ c4 S! K
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    ' {* F7 e. B$ Z) b; I3 Q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    3 N, g/ G2 }& z3 H( Z7 I# J) l
15.     }
    . Z5 m0 s9 X% C) M, S0 c
16. ...
    , s- H' q* m" U( O: B
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ! n- f) _' F5 I% s% z' k
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   6 \. ~; [( W/ j3 E' s! p/ i
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 |' N$ J( b8 `* s8 X
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 z7 k! q6 g* F! ^2 \
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   1 @) }- @* b4 J2 ~( t$ \# b
10.             STD_HEADER \
    1 o5 O( H4 j3 z$ F& X5 }. e, v1 b1 D
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( @9 o/ t3 i# E- W" X6 n
12.             "\r\n" \
    9 m* r' o. P4 K
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 o$ u: `6 |" F9 ~& G7 g7 U/ ]) ^
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 P: a' V# n0 J& y+ C$ \' q4 d3 z
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " w: Q* A0 h( ?# ^3 [. u
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 G6 @, _' J1 f
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
     Z9 f/ j2 {0 U# X
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ; N& U0 u( @; v: h
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     [$ U# B: E3 V; ^, d
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . B* J3 o. k6 S. R. P9 z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 ?# ~$ X3 Q7 F; O8 P, Z- }
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。

- d) v/ Q2 a" O' y& ]/ Y7 _4 a" ^

  p6 A4 A1 v! x' z! H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)
   ) X/ @9 g0 L9 R/ a
2. {
   , {4 h1 s3 x- Z4 q5 x  ]- s- W" C! R
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # A- X+ e* M- F7 H2 M6 ?' k8 G# g$ a- z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   4 k; m" `* O+ D4 _! `8 |
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 k& w1 i7 }, _3 S# ?. }+ q( j
7.         return -1;
   
8.     }
   3 ?# C( ^1 |. o$ k% V' n
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " `( `; v6 h6 |/ G+ m0 H% u
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      L0 R. [3 |' X1 a) A
13.     return 0;
    " R. E. `& I' m- h7 q! L
14. }

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0 n% t2 m; {( X. K- T5 F% U! P, t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：
6 t0 y# }  M1 B, Q5 e5 g0 B4 r0 F' |

1. while(fend > 0)
   ' t5 ?9 U* q; b5 `& E! _/ A: c
2. {
   ( K/ ]( ]' B, ^$ a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   + m! H3 u1 A7 E
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + e- P- ^$ p; l/ B& t
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   : P' F" E" Q( M" z
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    1 W  E# @! Z' S! P, a3 d
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    " \( h$ b5 J8 w* M
22. else
    
23. {
    7 N$ S# a1 u. x  x7 W# t
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    2 O$ a3 q- S* y" U0 g; r
26. }

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& _1 U% g8 c& F) R, s9 a: E
1 N$ H: I, e) g7 B: I) d; A, ]: S

  c( z  V/ N) X6 {5 Z/ N, A& h# T
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html