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

8 K; g' V9 Y% [2 g

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 k1 D  @* \: Y( A1 S7 |4 |! X

8 _6 E( T( u6 m) g0 d. ?9 T

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。

  
  0 a3 c1 G5 a+ S

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。

: {; E& ~7 o; O' l7 h9 K; U一、HTTP网页服务器
& Q8 ^& {* p/ R( S3 Q; ?8 Z4 V

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. {
   & e$ L, Y8 Z& H: l$ J: X( B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   6 ^+ l' B5 L" {; U
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     X, r) ~; @2 |) D
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; f7 n; K$ v/ d6 ]* `" ^
9.     int ret;
   ) t  k5 ^+ O+ a
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    * z* M2 ]5 B$ u8 C4 t" s- x
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , V" e- u* H" J' R
13.             return -1;
    2 r7 I" `/ ~/ R8 m2 C# C2 g
14.         }
    ; ]& o/ e& R! i- U% I! m4 J
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    + C* M. \$ Z6 O5 ]+ B; u
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + E/ W8 a0 m, `* {: ~0 w$ _
19.     }
    . K4 W/ L5 }) _7 v! N
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 S' e  W, T8 X/ {
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 |% l) G5 ~+ `; ^  O# Y
27.     {
    + g" y! @( H  x( K& K
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % s9 ^& @1 o% T: p/ O
31.     return 0;
    . ^/ b% u2 A8 ~" q! `% B8 h
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. {
   1 N2 }) j" q4 w6 S( O' |( K
4. 。。。
   9 N, g0 k5 @0 Q
5. while(1)
   
6. {
   
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);
    " A5 ~7 f' U2 I  m* U, k  A
11. }
    
12. 。。。
    ' a6 T8 S. A5 e! k& j3 d2 F" e
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);
   
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 U  t! Y) r( a
2. pthread_cond_t pct;
   ' ~$ p4 a# ]" \! o+ [
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & F2 q( j! P6 y5 y
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. ...
    
11.     while(1)
    4 F' |; I/ t2 i1 u: \& S+ o; y+ u
12.     {
    2 X. T$ i" k0 P
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 r, A1 [/ \+ p  I# E! I
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ' q5 m, h0 V! D. p7 q/ Y
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;">
   3 Y! J& c/ E3 a( B: s
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" \
   7 r  \9 [" W1 K' Y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , [* v4 G$ |/ _
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"
   
7.     printf("preparing header\n");
   % n! D+ B( b9 E! X" M
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ d, `0 Q" d8 ]! a+ b
10.             STD_HEADER \
    ! A8 f, J' F9 B8 o7 a, O- d
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 s/ t8 L7 s& ?1 w6 T
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) [4 U! ]' J/ a: ?1 T% [; l8 L
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" \
   . I& S5 W2 _. @/ Y5 m. F
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   : C* ?# N" r8 J  D- v
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 L+ J  m) s+ v& R! P7 u
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! y+ W6 K' {0 N) r* ^% i; j- G2 P7 \
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / v7 }! C& {+ t/ w6 y8 P
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   9 U' k% j# @$ `$ x! V9 T) ^
7.             break;
   ( b% \: G+ O+ n( u" v7 S  V- i
8.         printf("sending frame\n");
   . `. R  u3 F$ j  w2 f# u! x; a
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 v. [* p& Q! T; V1 d9 f2 p9 t9 J
10.             break;
    7 D; |0 U; R7 ]' w' U4 \
11.         printf("sending boundary\n");
    5 W3 b" M* B" U4 h7 h
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # w6 o, D' C& R6 M
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 K: H- T  N, {2 j: X3 |/ c7 H
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。

* m% c5 N$ a& ^+ C2 ]! Y" c) n

- v( d! X9 x7 ^3 @  D3 r* S( O二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: u) I6 N- \1 q: q# G4 \

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   3 {( N" A3 z4 V9 }
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   0 K- I2 X% w6 R! ?: I  [! L
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - Y1 {$ V- w: Y( X( Y: @# ?
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    - z5 I9 p$ c4 ?4 D
14. }

复制代码

9 t9 F% w4 _9 k: {3 `2 j9 L; ~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：
9 A6 u( d* ~) E$ T0 q0 h$ [
, e/ g" m5 H. }7 X$ S" E* c- j
0 z2 P( n1 b6 h/ H4 c, b

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / w: I. k- Y: X6 i4 ]3 n: R
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) Z4 S3 ?5 L6 K# i
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ! |0 D  C0 M! }, c; H/ e
9. }
   / E, k% h9 X# N, u7 B  E* ~7 ^
10. else
    
11. {
    $ _+ I7 W. j: q8 W$ G7 `" i
12. picture.length = fend;
    ! h3 B# r  W3 A1 d) y& n. M
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)
    - F5 U6 s# ^% [( B/ c4 \; S
18. {
    ! ?, |, g: F9 t, C" `
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ( e7 w1 m) p4 |3 w; t
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ' J- ?- a1 _  Q+ t
26. }

复制代码

6 \- _6 L% o: l5 K( P, E
( {9 }( U( \$ w4 I& X6 x

$ v& [( W  X3 q5 \6 j3 V1 B
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html