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

  ^/ y- K# P. n" z( v/ x

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

) @! h; U. k( V! \1 A. [

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。

/ a) k/ A0 k' L

5 A& {+ f1 |! R

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。

  
  3 P$ J; t) L$ Z, t) b( t" 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。

5 _  j; Z$ L8 V* d$ K$ v1 }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)
   / F5 k6 z* }' V4 R; g
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
     v' [6 ]4 W! y/ ^: m* f; [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 v3 M3 @- Y; ]: _% E
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   0 \- g5 T) O! N3 z# y6 x
9.     int ret;
   1 w5 k: q& }6 n; c" ^; R
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      l0 ^1 N2 `: i% U4 |7 D
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' o/ }  y1 G8 q3 P
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 m; u$ [1 j8 o8 y$ t4 X
17.     {
      e: \) C8 z6 F2 P& E
18.         printf("setsockopt error\n");
    1 I, x' h6 p6 ~9 P/ t. |7 y
19.     }
    : ?( U' g8 i3 h; j
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( g7 ]. h7 q$ F2 `
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    * O% o& G) m: }: t0 U6 H% h8 v
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 A  D; _- T6 i' _$ l" E9 x3 E
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! c0 q' a3 B9 b8 J5 I9 j
28.             printf("Listen failed!\n");
    / h9 X( ]/ |  i
29.             return -1;
    
30.     }
    6 k4 |5 P7 M  I: Q7 L
31.     return 0;
    + ?# d2 g6 \' j8 s9 x  \, C* D
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);
   + A; R. M8 {5 }% W9 b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ' i  I& N4 L1 O  _2 M
4. 。。。
   
5. while(1)
   : y7 z( Q) G! _/ h
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + t6 B/ `0 d  o- q+ w
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   % w1 K3 y- g" L% [  p  q3 W
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 e9 z- O# g$ b4 \+ a
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;
   ) s! F; R* l6 q: O* }9 d
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   : `8 j) B2 u" _) R( |, V; Q8 ]1 g5 y
4. {
   # V/ o5 _. Y9 I3 \
5. ...
   8 M7 ?6 H& C! h/ Z# D+ r. F9 R: K6 \
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * Z$ o( m2 `1 X% t. y
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   % ^, T' @( D4 J* ]0 K7 V: Z% r) ]
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   % ^% S" M* B6 i* {7 g6 }
10. ...
    ! I: q! I) S8 N" L! r; q# M; W
11.     while(1)
    9 r  q7 J2 M0 |8 Z+ v
12.     {
    # U4 O( s  o0 `2 q+ _
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # i; n# t) ~5 A4 Y6 o
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    $ `' E: a; z1 X' G( L
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" \
   & H" q! S& t3 t
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      M* Z0 |3 _( o# {7 b5 g( |+ o' n4 \9 i
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 q8 O9 M1 G/ a! z
15.     {
    % b" t! v4 ~4 v6 D
16.         free(frame);
    ! G$ x2 H; E0 m0 s4 z4 E, j$ b
17.         return;
    3 z7 v0 s( H, k3 ?) w  O. D
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" \
   / M4 o' c- j) H8 w, N' q% T. W& ?
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ; T7 l7 [$ B: F5 u# i: \
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / X: V' h1 p% i
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # I- y, G( q. a; r. Y& q+ g" H
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   0 H; v1 m' b0 o3 A+ j5 d$ p: D
7.             break;
   , `% _" A0 H7 G: l9 n' U' ~$ M
8.         printf("sending frame\n");
   8 @  u, ~( n! V# d
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   9 ^! y, d" Z* ]. o
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % U% y6 I: `: J$ e$ d8 {- c' ?# f
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 M" a! D5 T. V3 W! D! U5 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。

! w& C, z3 D% M& ]5 T9 O

2 a$ Q; s- R, V9 ~- [0 C# w二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) A, N5 G  E6 G" r

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   % ~8 D* c& M3 @8 j# A
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 s; @8 c6 E* @- k
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - n- C) l& F: `8 }3 n
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 x: s* e% l. Z7 d
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

8 W; x8 _' l+ N  ?* W
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：
3 m# f* q7 @& B) v0 G/ {1 T

$ t( K1 }$ {/ k* y+ e

1. while(fend > 0)
   1 A5 y( X6 T9 c: {) s, t( E
2. {
   1 |: h) p+ l  s. q* |
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / o- V3 ^) g; t* F% }" O
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   7 T% L6 j+ e# Z, W  p4 K6 @* G
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & Y  I" W. \5 {' u4 v
6. {
   $ a& Z0 k2 n6 s7 w, W6 m: E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   8 a2 H9 j1 H$ B- x7 h  s1 L* @( k
9. }
   ' t( P: Z- s0 y1 B
10. else
    0 [6 _2 O9 S* O. S9 z% y
11. {
    
12. picture.length = fend;
    " ]7 |- X' G$ N0 O4 I3 |- o
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    % o% X) N; q' H. X% i9 _# V& R
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * a& @0 ^6 n" K+ h3 J9 a
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & |9 j; O6 j: i; e# `# `
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    $ r+ y' K/ Q4 b4 }7 z; M0 b( s1 Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    2 t9 _7 Y; d$ T2 j2 ^
21. }
    
22. else
    0 X/ H/ D# `, {& l& k) v  W
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    # e' R3 Z' K0 p9 i
26. }

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' [5 h. ?$ i; o2 j
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html