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

% N7 S  l9 E, h9 q( ~- J

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。

: |' Q' {" U, E' W$ [. O% 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。

  
  1 T8 `# f( X) T+ d; G

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。

- ?: R  D1 Q" o. f一、HTTP网页服务器
$ T/ h) F( D! g& G1 r# Y3 L7 @

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)
   # i4 a3 E3 B0 O, K0 J3 m) l; i) z# Y
2. {
   1 N$ E7 Y) P9 d8 }, m  g1 u8 C
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + m9 f8 Q, Z+ U5 k) y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( V+ B9 ~) D# d) d2 B: c5 k
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 ~8 @( T( F9 H
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 J/ F' O  q) e' A
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)
    
11.         {
    , N5 x; D% ^+ y4 Z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 ]+ Y% \- ~  [3 a  X/ i
13.             return -1;
    , _2 Q! [. R! X
14.         }
    6 Z* I/ L; ?2 v
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 g# y( y6 o1 C+ X7 W2 [
17.     {
    " f# R! q) l& F2 e  ?" {
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    1 u( A: x* E3 T. }! ?
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! h( K2 W7 `9 T$ |+ G
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    5 }& p+ M* F5 i1 _
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    $ z6 E& _; M6 l+ N! C) I
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 I! |7 z" g. g8 A7 X$ {! g' |/ N
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    * u$ H) y2 o/ f/ J+ b; n
30.     }
    
31.     return 0;
    ( c* z: S3 }  |0 a8 l4 r
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);
   0 s- A( q1 _+ k7 {# W
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + W# x, F/ ?& t; Y7 t
3. {
   
4. 。。。
   : Y: g/ f5 [" F  x4 m' }
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);
    
11. }
    6 L8 G7 f: T( L
12. 。。。
    % S3 D1 }* D# I; i) z+ i+ d
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);
   6 f# M/ p7 J* }" H0 X( n0 C
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   " E. ^$ C3 l  R. w! a& ]( H% V. {* F
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;
   7 w% u- V  G" M1 q$ }0 ^- G
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   - U% W3 y6 q( r( j/ @
4. {
   2 y  \2 b* I; R: Y
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   1 s; y4 W( @8 \; a/ B
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);
   / ?, i4 U$ a9 m& L" q9 ^
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    & Z6 n1 T  k2 X: l6 ~" ]+ ?* v
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    7 b" C# R! ~7 _/ R
16. ...
      F  B0 ^0 Y6 X1 s! `' 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;">
   5 I6 w, e5 c9 X" `1 A+ u
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" \
   % |/ s* ]5 U- M( |5 Z& S
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" \
   " K  a9 W* i) G% g! n2 Y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % ^* T) H8 q, L( [' O7 p3 D
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - c6 Y# h6 x3 b/ n4 ^3 u5 r
7.     printf("preparing header\n");
   / S0 q' o: [( `0 E  E9 N! M7 w
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 t( M  _6 w6 G" Q3 ~1 k
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , S+ G" M2 J# C0 W% N
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    9 {- Y/ \: ]2 m! t
16.         free(frame);
    4 D( P2 |+ e& }0 g; B
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   6 D, u" y+ l/ N7 u
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 E9 e4 l1 w( F
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)
   - ~, k: o$ g& {( v/ R
7.             break;
   / a6 c* E! H  R! K7 T, ^
8.         printf("sending frame\n");
   
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。

* o$ Y* n. J) h3 a: Q; L

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
6 y) _9 z# a) y3 J' k. b

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   - T9 j: @% T5 M2 |( U/ m) W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 W5 P" y9 {+ K. m0 w
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   : Z  R& N% ?$ D& u7 ^" _8 W4 m
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 Z$ E8 L: o2 `$ \/ i" K8 ]& A
7.         return -1;
   + X: |  l8 ^" F0 F
8.     }
   ) l5 [, L- n, B
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    # P( n" j2 X; }) [
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ' r6 R% |0 W; Q, d% Z# G
14. }

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' n" q% L+ j5 R9 v
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：
4 U: d( h9 ]7 M- I1 v2 P

1. while(fend > 0)
   : H) D1 [+ r" Y  _1 n- M
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 B9 ^) m8 n! E) [, m4 N9 y6 K1 o$ o3 }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( w8 O3 B+ g3 j7 Z. z& W
6. {
   1 Y# c- \$ ?' y) x0 H7 E3 l
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - ]% T2 J4 [& ?* \0 G
8. picture.fin = 0;
   6 K* }% {- ^; X3 i$ d
9. }
   
10. else
    
11. {
    % V6 Z  f9 v9 T
12. picture.length = fend;
    - P/ @' P+ A, o& Z8 U8 {! D
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; W" \2 n( z$ S. j; c
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)
    " B7 ?. }' T7 l9 u
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    0 A, S; |! X( Z
21. }
    
22. else
    7 f. O1 f. N, {/ y; Z
23. {
    0 k2 U( |  C# {2 @
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

5 U" L3 n, q- J2 P+ N! U
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html