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

+ V. f5 t" u' A1 c

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
4 ?! k3 p( w% |9 t; K8 K/ x4 Z+ I

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。

3 H: x& B! s7 w( P- D: D

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。

  
  : d3 z6 N3 K( u3 t  w% U

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。

$ I2 y2 ^0 D  T2 q一、HTTP网页服务器
* h0 D( [( y2 x2 V4 l8 M; Z- b( D

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 q9 \( C- n/ t$ E, Z' [4 ?
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 N# a4 u. }0 b2 A2 A
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   " _" N8 g3 E4 O3 x3 p
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' |" E$ C  W/ K5 ]% H
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 H, R5 ~+ z1 R& W9 J
13.             return -1;
    - V: I; V+ Q5 O7 {9 \/ A9 ^) V$ D
14.         }
    
15.     int on = 1;
    1 B2 }/ q3 l# y  a& s& j
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    % P. j$ [: w" ]# M! g
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    # ]5 Y; O( [; X2 o% G
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! h( y9 v) B$ w0 C) j% S7 D0 V
22.     {
    + u3 r4 b+ c# t9 U  M
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : V4 M5 `( W  i
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 e$ S, ?8 `. T0 `- n
27.     {
    $ D/ o. S! J5 g- `
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % `0 O. a: F) |0 Z) w8 B( Y0 ~4 I
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);
   % P. z- A) e9 U
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   - \0 u3 f8 E( e0 G) W. Z0 A9 s
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 o- z8 K- r" F: P0 S6 g+ L# c+ n
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) e) w# P+ |- w% n+ g% \
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / v1 t# c3 r: J
11. }
    # d+ D; y7 {9 H& M# F9 {; {
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);
     f( z$ J) |+ c. s: f; f7 ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 c; s" W+ |& Y- u- `) Q- i) C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     E6 E; [, F7 d" w$ ~; t  i; p# R
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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[])
   $ ^* `) c+ u9 ]1 [
4. {
   
5. ...
   . Q; n$ I9 x4 H  h5 s
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ! o  ]# s. B& F0 O
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / p6 V. G5 g* q6 e  W! U1 R6 m8 ]
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   # y1 }( T7 O; R; M/ k" v; X$ n
10. ...
    ; h, ?; }# J4 V4 \' }
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    / J0 Y" x0 s$ b
14. ...
    . ~) Z3 h0 s& ~( ]
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;">
   % v* p8 {' k6 d2 ^' k
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" \
   8 X1 t, y5 w* ?5 j+ x
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 w+ D9 j7 M4 k# s  W
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ; H9 A# d( d9 R& V1 ]/ l- `; D
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
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);
    ! @! z% ?$ n4 K  n2 Q
17.         return;
    3 u) Q. R8 m' X0 i. e4 i9 X5 T
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" \
   
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)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 V# m/ s5 X8 D6 X
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 Q0 z' G9 r! k. e7 [3 S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      i" r+ `0 z+ d
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。

5 f. j" R+ G4 }# }' v4 {! ~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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 X9 e4 G6 l! i# S) A8 M( i
5.     {
     Z3 a' f# y( e' Z& v; r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     E& m1 V8 u, z
7.         return -1;
   
8.     }
   + M  x. G" n6 U+ F
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   $ J% X% _2 S4 b$ p+ n! c
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / C8 h. B# _- y6 ~0 C7 a  E
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

) M2 t5 c1 X, h% ^
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 D' ]! N7 N" X4 N' W3 Z

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 A0 o: U9 p7 y& h/ L4 V' b* Z
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. }
   
10. else
    " _; ^1 V/ ?+ A; R% H$ W" X+ Z: H
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ! |. a8 \/ @. H$ x) W
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 D8 P! [" J. ?* `- R
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 v, ]$ C# C+ v4 Q8 N
26. }

复制代码

& h2 J" [  f( Y! B  n, U

' D: t6 v- t8 X7 W+ J
" l) h; W3 N8 T$ H3 @' E  ~iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html