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

2 t4 e* l, Y7 M" q$ C3 y5 n
/ Y' h$ N  l+ R- ]3 k

6 ?: R) e* T( u" S9 R4 r

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

1 e* R) j% \3 q' c) _9 n

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。

( E- k6 P  Y4 ?

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。

  
  + f6 k2 v) E+ E2 h$ W

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
4 u% x! u. ~  e7 T" F$ F

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 y* g7 I. e) z/ e2 a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   2 X$ \0 ~2 E9 m
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 G; k! x1 @1 E# r2 g7 ~* \  G9 {7 h
9.     int ret;
   . X! \" }6 m" c0 \& y9 O9 K
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : y4 m# o: G* ^" Q3 V/ f. i
11.         {
    - ?% b' {# `) s. Y7 f3 r: ^" _# H) {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    & ?7 o9 J( [8 r' F$ Y6 x
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / y$ c6 Y3 x2 B1 l5 [3 X
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # F: e; _7 {8 F. w- ^% \
17.     {
    ! J5 ^5 m" c" ~$ E- }% i$ t
18.         printf("setsockopt error\n");
    % _) Y* U  ^2 a
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " S8 ^! j0 I2 c; `
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    & T* P! B! ]* \( P
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ' Q( h( b$ y7 N- J* V5 q0 @
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - _/ U) T3 g2 h. U) o( k
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   ( U9 @% y; b5 g/ E& s: j
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   * r" n1 v& R3 S9 O8 z* @% E
4. 。。。
   . C% Z: ], W& y
5. while(1)
   / g* ^: ^2 h2 P# Y( f/ f
6. {
   " n' X0 Q" O0 A- k% |/ z
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . N  z" D2 v$ ]1 |5 S! v
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   0 I# ^5 c. r0 I7 F
9.     。。。
   - L; h# ?3 {1 F: o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + _8 h: l3 w6 [+ L1 X5 {
11. }
    $ T* v& L$ A+ t; z0 I" 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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   8 l, q( s+ M( W8 b& t
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   8 [( {; i6 h0 Q, u: {
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % K0 n3 m2 A  \# c* [! T
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 m2 ~8 @( `
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ u( G6 v3 D8 g
4. {
   
5. ...
   4 ~% B! o! k' Q  t0 b, K
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 K' A7 s* y: d# J4 M; O/ E
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( `; G5 O% v5 Z! ?( \
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   " ~) K6 E4 m" }) P/ O9 \0 v( ^& T
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    , v9 a1 Y+ \6 T0 ^5 B
11.     while(1)
    % J: Y, ~2 B# G; r
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    9 l0 a5 x* F% g) ^3 K; M- S' t+ R$ K
16. ...
    # s  h( X9 r5 V( i" t/ a
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;">
   / @+ w6 `. |  m2 d* @
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" \
   7 H" l7 O7 @2 Z! N' j& j
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % ^2 J2 t( q( u9 E) u
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " z7 t/ S/ l, R; Q' g
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    % d* @1 l; o+ R7 S2 A9 V+ o
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)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   " U8 `5 Q  D5 E; Q+ c
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 A) M" s* m6 _  x8 ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . ~* D( W& Z( E
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
     B* B$ {* G1 j9 A. M1 P
7.             break;
   ) {& L; z7 s5 S) X
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   9 D* y4 }, T  V- j( f9 r
10.             break;
    . i3 `( Q% B. g( E9 r3 \
11.         printf("sending boundary\n");
    ( s' e7 S5 y! `& q
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + v  n: s: `4 r* B& c
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。

" X6 q, N) e3 F3 J8 r) M" L二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
2 S/ R" p& x8 D* j

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   $ _: f' _9 P' {3 f+ z7 x' W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   9 g9 }% o0 J1 J2 ^4 g5 I
5.     {
   1 l+ ~2 i) q8 Q+ @$ N* r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   / [8 P+ i$ Z0 M2 H( {  @" w7 `3 c
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * [* `7 x4 P, P: y
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 Z# e7 r! g% W& x* m
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " r0 A4 W9 q/ Y4 j- `2 n- a# f
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

4 O& R! @1 t. S7 ?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：

+ v' L( Z. k! B/ i# K; t; I3 D

1. while(fend > 0)
   
2. {
   # `+ w* [3 C! }$ o! X9 u4 J
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ' e4 f* z& p9 C8 O1 O6 m& ]
10. else
    
11. {
    2 P0 o6 ?) V+ e, ^$ i
12. picture.length = fend;
    ( _0 U6 b' K+ I
13. picture.fin = 1;
    
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. }
    0 x: P$ N$ P* }+ p# Y5 L
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    7 B5 }7 b4 A; G. C. l+ F
26. }

复制代码

" A# Y, U8 w7 _iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html