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

9 d& c4 v2 Z: G- S( ?* O" C* \

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。

  
  ; [/ i+ U# q( Q, V

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。

. G4 p" T. C2 a一、HTTP网页服务器
4 M6 p, R8 r* {

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)
   . c1 C& g$ i! E7 m
2. {
   " I0 c' j# s* `! l/ T
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   2 A0 _) f+ P$ z
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : R  Q3 A  H* R0 g8 x- e# L
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);
   - n5 G9 r/ D4 O( f
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    3 G2 s+ U8 V' m5 e; b5 t
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    , K& Q4 j0 W* W* I9 g+ `, n$ X0 f
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . i9 L3 y6 r) f% w  S
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    3 y$ T) [+ h5 I6 E
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    1 E1 @' ~! s) ^" n
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 E$ B/ ]# E- k, N. C5 ]
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 h) ^. L1 W" N' r, {. \
29.             return -1;
    8 p* B/ }+ R; r
30.     }
      Q3 R  F4 F% F
31.     return 0;
    0 b# G9 W) R+ r; X% c
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   + J8 E" ~* Y: B$ t+ ^
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 r. T% V  S' I) |3 A! N8 B' @
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ! P5 g; I( L7 Z- x  Z( W
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' _$ V* c2 `6 _
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ' C5 U) x/ X/ I1 s- O& b7 g, l' p
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + t! d9 U, s! y% r' H
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[])
   
4. {
   0 j5 m! z  K9 Q8 e2 V
5. ...
   - }7 g4 l+ s! n' @
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 X1 k; r# K' y) ^
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);
   
10. ...
    - ~+ ^6 e" q2 P9 p7 f4 b1 X
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % K6 @# X0 i4 ~+ J5 v) R0 K
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    6 n$ E/ Y; w, Q- N- q, N/ l% v
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" \
   4 n& {0 I  O5 q/ V. S% h2 H
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 J2 `* c2 t1 ~8 `1 t
7.     printf("preparing header\n");
   & B6 [- B; z5 i* k
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 Z# Q3 i1 v; H, Y* v
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 M; E/ z* M8 J2 {4 [
10.             STD_HEADER \
    % \$ f. A* a3 R+ C( n7 t( ]6 G
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' P: e1 b+ y9 |1 T+ O- ?
12.             "\r\n" \
    8 b; r3 x0 ]3 @4 F; U) _/ i; G( |! C
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - U6 m+ p7 ^) s8 ]( v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # Z5 L- y' R9 \! |
15.     {
    ( K4 S: H: X7 q+ ^5 Z
16.         free(frame);
    
17.         return;
    0 X$ ?# q# P* T: X
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" \
   4 U" I' }" u5 b+ l- T
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);
   . t1 F0 T2 p9 s5 l0 s
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   , L# Q, m5 Q; p4 b
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

% N+ `- S3 u2 s, E/ r( C" Y0 z: u# k

/ x- [$ w' d. S0 r& T2 e* m5 w二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ N) I) r& l) H/ k8 f

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     l% V8 k* _  R- U3 ?
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   9 D2 s& @& }$ C; i) J% j
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ( s$ P. f/ k# _( d# B8 Y2 p
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : F2 [/ d. M. b' J  a4 K  i
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) k( d  T1 H- h6 F, C% M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    - }. ?7 K: O2 p5 y  b5 U  [
14. }

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. D: g  _6 b* q6 w
" B4 Y) h! f6 r% }8 R+ `" s3 {9 z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：

7 r& E0 ^) @! J+ V& h, Y& x. A+ Z( e

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : V& a; \# L, s& Y! i1 B( d/ B
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , t2 f0 o% r4 C8 O3 B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     I2 a. q- Z/ a' U& A' Z" V5 T5 s9 |$ L
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   6 k. _' M2 q4 G+ T
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 x4 i. _" o6 t8 {, \
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);
    ' ^( T8 p. W: r% A
17. if(sendbytes == -1)
    / {0 G2 P% x3 G% S$ _
18. {
    5 A4 K3 w. t8 T3 y* g2 C* |
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    , A$ Z9 {" l0 ]# p& _
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + C3 i- w, z" e/ W9 j
25. }
    
26. }

复制代码

, Q5 k* W7 o2 Q% b( h5 I4 i0 ]4 @
$ A: Z7 [$ _" o

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