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
$ ~' m0 b& _* f6 `9 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。

  
  % e4 k3 x6 v+ b) H3 ]* c/ N4 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。

  i, X4 V7 ?. [! w. X4 w一、HTTP网页服务器
! o7 _' D6 e0 y9 V7 t# p  {' ]

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)
   * k* x, w! o9 ^
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   - E! c' i2 \. n: i& O0 m
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; v3 z& u7 y8 @+ b! j3 K, p
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 A3 H; Q! I6 K7 a( [( z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 C$ e( o, L/ q  I7 Q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & F$ H, `7 n# n+ g  N/ K- q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) |8 ~- V9 M/ X5 o. d  T
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    3 G+ |3 u/ c1 u
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    9 z; ?/ N& u7 C# W) i; g
15.     int on = 1;
    $ a- ]- S# @" {) r
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    8 e) K. s! P- [+ ^
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & ]/ X  \8 G  y. S3 O" Y
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 W6 A( B" e/ |0 L
24.             return -1;
    : R3 X0 S" D  v
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 @) c5 d1 R8 k/ ]4 z
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : V; G: {' o: F" e2 @
30.     }
    , O: ]$ s' ?$ z6 c* S
31.     return 0;
    
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);
   5 R0 z+ e+ u. w
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   8 l/ x5 f. {" N  w# l
3. {
   7 n2 m5 V* G  L1 j3 z3 ]: y( l
4. 。。。
   $ r% P; L1 k7 u- _
5. while(1)
   1 q( V2 d5 ]5 K. ?# R4 B; s9 q" G
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 ]! y' M: K4 X* l/ F
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   , v6 v8 z8 ~4 r) T
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : U& z2 ]' t  M0 x9 n( t
11. }
    9 X) z# Q; {0 E( s
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);
   " B+ }0 @5 w4 O; \% W5 d
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 H  D/ u0 R7 E1 ^6 U4 R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   . a4 k# W, Q4 T6 t$ U$ ~( X
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;
   , G; a2 z) S8 E: }: |& `2 C
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   # X. q6 Q9 H. k; C( E+ \
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   : Y, c# [% h. i0 ^, g, O/ h
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);
   4 Q5 K$ P. Z( o. S9 }0 W
10. ...
    : R) b# k6 @' N; ?& ^9 H5 B9 r
11.     while(1)
    % s1 d3 y2 V7 @5 j
12.     {
    3 S$ `% z  c" U; i% b' h3 {  [
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * j% T0 p$ y, A! s+ t7 O9 k  h, u7 p4 t
14. ...
    ! h: `! ]& _( E1 \
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;">
   
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" \
   0 Y3 ]/ U* E" B
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + |" {! O: X' x2 r0 [& _+ s
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 o' Z/ X2 X7 ]  @% h
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; `2 O/ v5 P# x7 Z0 E; ?( c! {( `
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   $ M8 f) n4 h5 }, Y
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     _" X+ @' H  F# A( s
7.     printf("preparing header\n");
   ) R" X  E+ }- N, h% v7 Y) Q8 C
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , f, R2 g4 k& Q2 L% u! w' l
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ! }6 R9 T/ O' N; R4 j9 ?( N. ~
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    : N5 _8 `% n! ?- T: k
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 P& L7 ]1 w' n$ Q
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" \
   
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   5 [. n& O/ I2 G8 N" ]% P; f( _
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   $ c8 Q" i$ O/ X+ Y
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   . N- V$ G: e% T! q% r
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 a5 n4 n1 D( V* r* P5 ]. W
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + Z! y8 B' {6 }" ^) u
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。

+ k# H" F0 P6 s6 y: n3 [' }) o( T

7 ?, ^9 S0 l$ T5 F8 ?二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：

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 ]$ c' b; U7 O
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ! ?% H; m: w6 }0 N
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . @& F0 v! s: \  i3 Z7 E* T  X
11.     addr->sin_port = htons(port);
      b7 A: Y, Y4 S; W
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    * u" N4 N, O% T/ E3 q( k3 E
13.     return 0;
    
14. }

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: |3 T: d% ?! _/ |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：
+ r( g% I4 S7 s3 A* `  A7 c) T+ N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   / i+ V; m; H. K; j7 K- `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; R! Y; `+ N( @$ s
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & s2 ]2 ]9 K; s: |
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   5 Q/ j) Y5 `) n2 [8 ?# l$ D' P
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    " `4 R+ C  ?$ d
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / ^' H1 X0 }. r) ]
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    7 M* t- s, v4 s" @
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ! q/ F' r, R% ?& x! y) @
20. return -1;
    
21. }
    % B+ J; G% ]5 K, H0 t
22. else
    ! s4 u1 M6 x  H+ Q: O
23. {
    5 Z6 H! q# s& {1 _+ Z8 w: H
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

; {- z9 |! J1 t2 ]iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html