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

- E  H" J5 E* K

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 G# L/ s0 V2 K2 o1 A  H' t  K: g
3 h+ p' ?- t$ {( U! |8 ?  L

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。

  
  ( |& ^) L4 w5 i, `- \& f# M

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

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)
   ! s; C7 F4 Q8 X* a: w
2. {
   8 f3 W; y$ H! b$ b
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " R+ V+ a' ]+ L' F0 ?4 ]
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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);
   
9.     int ret;
   ; w3 o) a8 f- a2 X/ f7 @
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    - Q9 i; M5 |. O! B2 z: K
13.             return -1;
    % v+ @7 Z2 `5 i6 q0 N
14.         }
    
15.     int on = 1;
    & T  h# W; z5 R1 Y; S* Y3 [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 H$ {- ]( ]% C$ |8 B2 l$ u# L% l
17.     {
    4 @/ b  F3 Z# k' K" S' g
18.         printf("setsockopt error\n");
    ! l" L0 a0 a/ e# K# ^
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    5 E3 `8 D' Q  _3 c  X
21.     if(ret == -1)
    . L; W7 }9 S) n9 x
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    % B) A' Z' a: z- S0 J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : H# }0 E6 t2 r# f9 d+ h
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    + i  K3 P+ r* Q3 V- n3 j6 U  I9 K
30.     }
    2 u7 ^7 r6 Y4 E2 a# F/ q4 V
31.     return 0;
    . h8 `8 j" g5 R; n/ c! M7 O- V2 J; X
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)
   1 S  [6 e3 N4 S( H( D
3. {
   4 e$ _- q4 X. v4 x" q- w2 S$ w& n: E
4. 。。。
   3 @3 M; a% c( l
5. while(1)
   
6. {
   3 J  i$ o* u* s$ U( g
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 R- T7 R9 @. {" J+ I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   3 `0 K0 N8 O9 w$ p# ?
9.     。。。
   8 V9 @. u: o! m& O8 @7 |/ d1 S# Z; x
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   ! T3 ?, }3 x& T, D/ T6 s& I
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ) l, o, u# V2 m
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;
   " P7 S4 P& ]* g3 e9 C+ T
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   , o$ G$ M2 E& H$ C
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * z: n( p1 X2 S# _, e# i  ?! q/ S
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , l4 ?; @, ^  S5 @) g3 }. ~: K& F
10. ...
    . {* w9 \6 l( u+ x& G6 w
11.     while(1)
    0 L- i; M+ H  V2 \- b
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . ]+ }# C9 m9 m7 Q# n; u6 T
14. ...
    
15.     }
    ! X# y' L0 w! t% Y
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;">
   # T& K+ r( u4 Y$ 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/ M3 j" o* m/ r1 S4 U5 f" B
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" \
   - f# H; ]* l! t# P5 x
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( m8 c/ z+ l0 S" C& p! n/ ]( \7 S& M
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   5 M( b9 H3 E7 }4 t! @: G( I0 [0 Z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   + n% ?- f- }; s$ T( E
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     c( E7 b* O/ d- K# |) i: F
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    0 s* }3 a' p8 y5 n" y
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)
    6 Y4 [/ I& N" m; V
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ( v5 C/ W1 o9 K, B( M4 p
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" \
   ' b0 L/ a* `/ e! O* E; ]
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");
   $ s9 b# q- a4 q, b
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    7 w  }* b/ A$ c7 I, m/ K6 c' A
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) u  |9 y, \* Z  C# |
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。

* Z/ E5 G- @" c5 k2 y

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 b  x/ w  S; m8 X' N- v6 [1 _% P

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ) X8 ^% _8 X* `  o
2. {
   + r6 P/ p( }3 i
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   $ Y  C0 \+ N1 K' g4 \% h/ Q! a
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   " X1 X# ~) V9 j4 y( Y5 I$ u
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   & h2 T% k( J2 p1 r$ ^$ K
8.     }
   ) j! [( C+ M5 W# r2 P
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 I) V1 I! A4 l9 L" D7 W6 e7 o8 T
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : {, o) g* c  V2 ^
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( o. k: d1 y1 @# x5 Z. X7 Y- q& `
13.     return 0;
    2 k6 O" ~7 t) z* e
14. }

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/ A$ l4 I- v4 t( d* ]) F
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：

* \1 ]4 }$ w- l1 u( V6 y- i

1. while(fend > 0)
   6 y, ?" `- V' l% l/ f! }1 ?
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ! v0 y4 J7 ^( x& ?$ M- B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   1 a' ?/ s+ a- a% z  G. \
9. }
   ! F: a) R5 q2 \+ k6 ~
10. else
    
11. {
    / W( o4 W. `1 O! L7 K# Y1 |' Z
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ( L  |( ]7 x1 ]  d# q5 j# \6 y. K
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , W3 ?$ d' T& x% J7 e4 ~! R% v
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 m$ m$ Q1 t& G& `5 K
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    : r% m( R3 z! P  K5 W: W% H- E
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      @+ H" U# U5 `+ ]
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    - p7 t4 {7 j/ ^9 a; I0 E! P/ m; G9 ]
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    8 \; G8 n0 D  t' o
26. }

复制代码

# R$ D- e" q& w! g3 ]3 \
& \" C: x3 r- b& F( H( q

4 }# R$ p9 X5 b3 K* m" DiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html