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

4 l" D' s4 E) g) ?. q! V

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
8 e5 V+ K9 {' ^. h
" a0 S: q2 O1 [' v3 K8 I1 U( }

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。

3 x+ B- @0 @7 `0 l, \" W& r

# @' I8 g- q! h

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。

  
  4 U4 F! e; |+ y, _6 x  B

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # w% j; c3 Q' f; h( l7 \/ ]/ ?  R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! }/ s3 c# O* W0 Y% u! c0 U5 P
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.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    5 t/ F4 I; r1 h
15.     int on = 1;
    ) q2 Q" d& V9 A$ M0 \
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 }2 g3 {8 \- F& S& V
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    0 t. D8 s# e/ D( r
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    $ k8 @  c4 j9 X9 a5 t
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    # G7 P0 }( }+ _7 V
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - l; k$ n% Q6 i3 [, M/ d9 m7 Z' ]$ s
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    0 S1 H" J- S  t1 |
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)
   3 N( T! G( S2 _
3. {
   8 s0 N" x) ?1 Z. B9 s$ @# ]
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 b2 m1 u2 ]+ d" G2 ]
6. {
   8 L8 P) n# i) P
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 w% K* D0 U) w4 A
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   , I( U/ _& `5 L& I5 c
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    8 d# [) p# v" h+ h8 |
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);
   5 A! l* E* S4 R4 y4 W
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   - ?9 T6 }! l! k( g
5. ...
   
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    1 j1 x' l$ ]) T
11.     while(1)
    . j: ]1 V" W  H0 D" @4 H/ E
12.     {
    1 H- w& x7 d+ ]
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    5 B" J& b/ Y% \' N- q
16. ...
    ; U0 B4 z% R- S: |  I
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   ! L( G- @% ~+ R9 s% g* Q
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + i: v9 k3 i. F9 q' E
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   4 B* L9 [! U. b
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   3 c9 v, x* p. o2 H7 R% F0 m
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & s; I$ d; N3 S5 l
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   : m; G/ P. I% T) [* v' G
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( [- n) X/ `; V1 \  U6 Q' T0 t
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   7 U( ]5 r" r, _
10.             STD_HEADER \
    6 f, k6 L/ a6 q! q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " t% E" y3 u) e/ ~
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    8 l% Q6 [- z5 \( E. m
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" \
   ; w4 ^$ D6 G+ ?
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ' X$ d" |* ?2 C
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   5 U( R# P9 L3 O7 K) G& u4 ?, D
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   7 r, L5 p7 U! Y: d' T
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   + X' P- T& Q! Y" Y* Q& t8 y
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   1 ^; x% a0 ?0 x% T
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   # K3 o5 D$ u; d6 z& W+ S, X" v
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   2 O' O9 g2 U% ^$ Y9 s+ V" _' p
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    : Y! r( v) T% N, c4 X9 a0 R
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>

复制代码

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。

0 X+ Z5 i. Q  `$ w+ ^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)
   ) A0 [% i0 V0 A( c8 ?1 S- T- D
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) b( I* n+ M+ G) u
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   % D7 B& T1 C9 p% @+ R, N& M+ X
8.     }
   # |( a1 t- ^- {; l# q* t
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   # J$ A. t5 o$ Z9 c7 l8 v
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 x# Z+ V% f& N  |2 J* m
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

) z- v3 u- r* C& a( T
# A2 x6 s) A, o7 H2 f) @1 T  `; a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 S6 u& C/ C4 n; {

1. while(fend > 0)
   & A0 C( Y4 T1 D; i( k8 S
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 a. h" w) u, w$ m- c
6. {
   + W4 j/ i* G- o' i0 a
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ! N8 \8 }1 V+ ^9 p7 j
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   % {# [% b, |2 ?3 z, j" a
10. else
    
11. {
      r! @0 F$ L* ?& P, Y. a( p
12. picture.length = fend;
    * }" R5 n1 |4 F; X2 L( x* [
13. picture.fin = 1;
    
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)
    + \& v8 ]( }# X0 b- A
18. {
    9 W( S/ j* r8 {( z9 l; K+ l- i
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    2 F8 a2 c& ]0 y
23. {
    , W' m: h. x  @& _
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 `$ D5 p3 I6 O& i
25. }
    0 l" D$ l+ R! O4 U9 E4 i# U
26. }

复制代码

  e  y3 N4 g  }: C! X

* @* N: p2 N2 N7 ?3 C/ a
/ k" }9 f% v2 s8 m1 T: o; I: miMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html