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 [4 w+ A4 G; {8 X) f

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
, s" k1 v$ i/ A+ I7 [+ f: d

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。

2 @9 {; i/ y$ b# m6 q* P

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。

  
    X& k1 }! s" E+ [- W5 ?6 j

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。

( L5 _# X- W1 K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)
   ' p+ D7 h) n7 ^( Q
2. {
   0 D$ y6 N2 a3 }8 y) A# ?+ d" I, Z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   2 O8 z3 B# x4 F& R
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);
   4 B# X. J! s4 m7 q8 l, J% B3 Q
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / e9 C3 A) Y9 ]! s, R5 v! J; [
11.         {
    ; N$ X& G* c3 v% x/ w+ l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 N- q/ @& T( |7 H/ a
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + C6 }0 i- [$ f! y( Q: h+ i$ q. p
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . P. J" i; J& @) S& m4 R5 [2 A* P4 }( Y
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    * Y% M/ A( i' q) f
25.     }
    6 J* L5 b- D( Q* o/ E+ O
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ' S; W! u- X6 I3 B+ k
28.             printf("Listen failed!\n");
    & Z' i* o; A9 ^& m  p1 \) Y' {
29.             return -1;
    
30.     }
    / H7 D; ]& n5 X8 i' C
31.     return 0;
    . `0 n% f! D: W! {
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. {
   
4. 。。。
   : Z# U0 i  o0 l2 B4 J- K2 ^
5. while(1)
   1 q) k' |( L) x- C
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 y: @' z2 Z+ x% I0 k2 D
9.     。。。
   8 x% [6 b9 k3 U* s# [) b
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ; e* B" L0 U* N2 F" A" E) a
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);
   6 D% V- X- T  s7 h0 i0 a$ M
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   / t; f# y5 H  S6 j. E. |
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 I) f4 q8 o  E; ?# C0 I$ b
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 n" p9 R6 [# Y9 s7 A7 E6 z
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;
   ' ]7 D6 t6 ~6 F5 G: s
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   5 z. }$ }- j& L
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , k5 @+ M( S' N1 R6 {& \
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. ...
    7 x0 e( C8 P& r4 {" S
11.     while(1)
    
12.     {
    4 x& q- x0 @% a! U
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    9 ?% }0 k4 u! ?9 p0 Z) b& }
15.     }
    
16. ...
    ; U/ \9 J; O- Q8 u7 _3 ^% ]8 I4 r
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" \
   ' Q7 C: ^$ O/ J, e2 C* O
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 I2 H. r/ F5 e' x+ B8 G
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
     I% w, C3 [- @4 q, w
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 n( R  W; ~# Z  S- i1 T8 Y
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    1 u9 `' z$ Z& c  G; V  q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % `5 X# K! M" U+ Q+ T' s6 U
12.             "\r\n" \
    ) V% x. a4 S9 \5 w) n3 r0 D$ p
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    6 a7 h$ d( S, l+ y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + ^& t# F, Z. \/ @
15.     {
    
16.         free(frame);
    & m5 B7 M5 g8 e0 X; F( ?
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" \
   4 U2 I' p. b1 h  N6 ?6 q
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ ^5 i0 C/ t/ v. ]4 K, F/ L
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)
   
7.             break;
     E! ]- j, m; z* m% U/ e% |
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! J+ _/ @7 W9 f% q( [
10.             break;
    3 l% U4 u% }" G, N
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + K3 u' s: \" T1 r) J% f
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。

; o. r+ J3 t4 ~$ S; q

8 ]3 K) u; H* m. R' 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)
   
2. {
   8 ^1 Q% y: {8 }& W1 H  x
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ' M$ V. q( R3 h4 n
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   7 X: u' @+ |3 w) T! r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * z' j2 r0 p$ A
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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, c. P8 M/ H% u6 J1 ^( r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：
" j+ ~" |# i! ?$ i- e9 p
7 @, p9 l& k' z& p* |
$ a0 b( |5 t0 ~' l( c( c/ X; N

1. while(fend > 0)
   $ a; G' u9 h: P
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 ]; l, N2 ^! C0 [5 b" g
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   : H( c& k1 L- t! T5 y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' I& T2 r, J$ d! }( n/ o2 T, E4 R
6. {
   . i0 d, u0 R7 w
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   % T$ w! v% h& ^6 j) h. D
10. else
    
11. {
    # }/ Z& S, z/ A
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    8 x/ ]& Q1 c, ^; |8 Z$ x- O! N
14. }
    6 z: t/ o  N+ B8 U8 `# t! t( Z! z
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 [: h5 l  e0 C8 \/ E
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    7 m0 Z( ~1 s7 x" g
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ' w3 A* @" b$ U! W  c
21. }
    
22. else
    * J% M) M1 f+ p- [2 r' a, r) g
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

2 @7 R, I  O, n6 G4 s- e7 o. ?

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html