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
) P' |% y5 Y8 w9 n1 w% B8 I1 u. ~
& B5 ^% V7 M/ O/ u5 M7 T

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。

  
  5 |$ H. I( t( E- i. g. h

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。

) _  n1 s" ]1 O* X9 f3 F' F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)
   2 V% c/ |; O# }% X0 a
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # E5 Z5 j, H9 w# K* N2 i6 O( Q
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   0 j" z' d! w' K
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   8 L) G  C* h2 i, j5 r( b
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ; t- N( |- c  R5 G1 L4 J% J7 c
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( D7 b( g! K' n/ ^2 I
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    * c" {3 j* o# N
14.         }
    % q+ L, Z% l9 a
15.     int on = 1;
    
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);
    
21.     if(ret == -1)
    - D6 l8 J( U+ v5 `
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    - }. }. B( I; k/ s
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 |, M8 P) H- m+ K7 ?6 A1 j, o
27.     {
    . D* h& `: j3 G
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    . J* w% x! |4 P+ A8 M
30.     }
    1 U, i0 _3 T: e3 x* }. n
31.     return 0;
    : c3 X2 K1 N1 T, V; h- 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);
   # E- t1 U; Q  Q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   - w- o* M2 h$ _4 c$ P1 R
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' _( X3 J, c3 X4 r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   2 L  X7 v* W- ~6 E/ L
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / l4 |3 g" f& P
11. }
    ' J9 ?$ o- G$ H# @, M
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);
   0 ]% @, h/ I$ A+ U4 s
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;
   8 T$ R: R/ p/ G* G' H+ B, g
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . O, J7 ~1 |7 M  h2 s
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 ]3 K. B, _/ G$ G
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ) w' Q3 C" F# Q" A3 {7 N
10. ...
    + g- p5 B  N: F6 m' s2 \
11.     while(1)
    1 m+ C  @0 N# ~) |: j- k# d5 u
12.     {
    0 }, O0 P1 ~6 E9 d
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    6 Z7 _& c& @' [+ t% ^9 q1 o  |! r
15.     }
    ; L# a& U4 X5 C  P8 H- t0 B* J
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;">
   
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" \
   8 e5 l# }2 g& A; `1 `- H; S! Y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; G! p7 W  C' \
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   & L' y: J" g5 l1 t6 `6 E, d
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( ^! ^4 e* Q% e' j& f0 R# J
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
      w4 m8 Y" P8 {5 q% N; M( c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ a& x% e$ |2 }+ c5 r1 \( E# Q
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) @+ u, u8 [' u+ B2 K0 c
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 D' R+ C+ ^; |9 P4 t6 V
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" \
   : O% D- u3 y1 r- s
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( {7 G4 q( j4 g  U1 t" f% X: i  e
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   % y! T' ]" M1 s& r4 n" N0 y
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)
   ; b) B0 l" t+ E- L% T& o+ C: H
7.             break;
   5 ?; D2 `. ]! a6 g1 K' m6 z
8.         printf("sending frame\n");
   . {0 r' s1 Z6 d  j3 W
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    2 ~7 [5 }/ U+ K* ~, O4 E
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( l3 r  P2 T/ C5 J! l. W二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ Z5 \* w1 y9 }; e8 O

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ t# R6 q) ^9 z- v" E( U
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) ~/ ]  y5 k9 _' p8 `  {0 K- p4 ~! i8 Q
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   7 v* K  @; {7 M; N0 d: a7 q/ x
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ j9 I* T6 D* h# R: A( u" `3 N. A
7.         return -1;
   
8.     }
   2 I- ?' I4 q2 U: u+ A
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   " u2 M# q, }- }* g
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 d" w; w' A: ~+ h! u. i! l1 F
13.     return 0;
    
14. }

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2 \6 r3 P6 }  I' X, Y# 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：
$ q9 n  `: E& W# X; \' S$ p# W9 Z3 I

& O9 g4 d. O+ w8 j! h8 D1 c

1. while(fend > 0)
   
2. {
   . `2 A5 k# d& G( q/ w
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 s+ @  Q8 B5 `8 W2 H, W) K
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   9 ]: J, [1 f" N6 }# T, d- V  ~) Q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    2 R$ j" H2 C6 @' A
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    3 c1 [7 N  t" r1 t- }
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)
    : u* F; }3 D" R
18. {
    : R; [+ m- K9 ], C7 M+ g7 V
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    5 J) L4 l2 I8 A/ H2 r
20. return -1;
      p. U2 @* O. G7 A3 E
21. }
    
22. else
    
23. {
      T% H% m0 m# m9 y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    / |5 J0 `  A' ~( R0 b5 o
26. }

复制代码

; ]6 t4 o7 h* k* e' L

9 }. W- e( |( i+ K, z
2 z# G/ H1 p4 H  P% q4 S! ~iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html