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

5 I* a% R7 G& G/ a' |4 w
7 N/ r. M" d+ g

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
# T9 O' |9 R& i2 b% i. x9 ]+ Z
. t( |0 v7 P" L( 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。

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。

  
  2 n3 i2 L% b& I# Q( s" t

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。

. n, Y7 Z% g3 x1 B9 H  j  r0 d1 R一、HTTP网页服务器
# V# [3 [! a9 f8 U

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)
   & n& M6 f0 |% K/ Q1 D
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   . ?2 Q- T; e3 f* N% V0 v: ~& u# G
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   " D# C! h. c; y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % v8 U% F# V; L. M( N, |
11.         {
    0 ?) X9 Y5 ?9 b; W: o" k' f6 H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    + `( h* E/ _) h& }
14.         }
    + W$ `* _( |! T# ]8 G
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . b6 _) t- q) W3 [9 R5 ]
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ) V3 S$ Y* |3 H( k% T7 |" s
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      e8 ~! a; A2 ^2 i# q# \
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    2 r: e5 i* \& C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + B! R$ g2 O$ K# T
24.             return -1;
    
25.     }
    4 D; M  d- a7 A: I6 F
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # C$ M& ]' x2 Z( ?, V( O" s
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    7 G5 m6 K  m6 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)
   8 ~! g' _8 D( V! k
3. {
   
4. 。。。
   
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 O+ s9 i( U! r! L' Y$ c: G
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # X% M5 U0 @8 P+ y# f3 X5 P
11. }
    
12. 。。。
    , f3 s$ g. a' t, |: B
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);
   & R) B5 E* @" d- @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 Y& N5 o! J) w9 g% f. ^$ C4 x8 X
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 x- R2 q; k% t% E" V
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; j6 D' q8 F% Q4 U+ n
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;
   ! K7 y1 t+ e& _8 f- S1 R
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   % W% F/ S; G, Q
4. {
   / G; o1 K5 h- g" }1 t7 l9 k
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ! V, E8 v, d, p8 }( Z; T" T
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);
   ) v0 y: P, b4 i0 f6 F7 q
10. ...
    8 b, Q- {* T: l$ _; p: E
11.     while(1)
    ' s8 x$ a3 X9 I# N
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ! k; L- u7 i  R" P9 y3 S
14. ...
    
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;">
   . |, C6 I' b9 @
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 }9 h7 G+ c! m9 _
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # C8 H8 Z$ W) u7 _% i/ ?
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * ?" m; v) W- m* N
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 K8 N( y3 N/ a% r! ]
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 ], _) B8 D7 y9 D
10.             STD_HEADER \
    ; `9 H7 n6 i* n2 A
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)
    , m3 W) |0 A+ Z/ M
15.     {
    
16.         free(frame);
    2 _* k, |1 r) e
17.         return;
      r* u" |/ \3 [
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" \
   % F4 T  F- w  g- b! a
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   & i; I( S4 |2 _# l/ c7 Q
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 S0 [) q: y2 `' V4 W1 O
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # `; l4 ?, w% h( j9 |
5.         printf("sending intemdiate header\n");
     E7 [& }5 ~5 T7 Q' o& o  r. y+ q
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : K: J) W5 Z; Z' f
7.             break;
   7 V; [/ \& c+ l) P7 R0 F* e8 A
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) D& V/ X+ H9 D. `; Z$ Q
10.             break;
    4 i, X% o& v  K
11.         printf("sending boundary\n");
    ) I' U' F1 K& Q/ q# r. x0 }
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : @) k$ u3 P+ t8 O5 U" t2 j
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。

# q4 }# n  K0 p; `2 P

2 t4 ^; g0 j$ r$ y# l9 q; _二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 b3 v' }- m2 k! s: C

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))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 J( @; [6 t' k& ~
7.         return -1;
   ; O& c" Y/ j, F8 P# R. t1 V
8.     }
   ( d, D8 Q! s, @. w; {- m- h
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 R1 ?0 X1 d; F$ A+ ?2 L
13.     return 0;
    
14. }

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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：


; w5 w- E! O0 Y' a

1. while(fend > 0)
     H. a& ]( q, o0 V) u' ~3 T" J7 S% Z
2. {
   1 N; v5 f9 [5 ]" k5 h3 ?
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   : _- }! ~( `$ ]9 H
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 `5 t' A# b: Q( O# [
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   8 F  a4 r; a- ^8 N# c' L
8. picture.fin = 0;
   . [/ x, M8 A: s8 T, s8 ?6 p. }
9. }
   4 w& e2 F- _1 {  b3 O: X
10. else
    * j1 L2 s) k5 g0 t' Y" b. s8 F; F
11. {
    " a- X4 o* m1 }/ Z2 d! G$ V4 L
12. picture.length = fend;
    9 X7 t+ ^  n0 `# p- P
13. picture.fin = 1;
    % L: Z0 d& U  k
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! G. ~$ m& O6 u) W! @8 W
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) |( \- b$ t- H% ?6 m3 f) r2 S
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    6 V+ s2 O0 N4 x0 o2 k" o  e7 A4 F
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ; `' D& p- ~5 H; x$ d$ g
21. }
    
22. else
    ' E6 Q3 p# U" t( \& d4 S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 q# D; @0 ?9 a0 I4 J8 ~, }5 ~
25. }
    
26. }

复制代码

! y; H4 A1 g& [* |2 t

& N, b6 A' @$ z* G7 S. F5 A7 Y; }7 viMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html