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

6 k  X% r# x# X) T2 p, w+ N% a/ `

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
$ V; G% M9 {2 [+ ~# [5 |
6 S, \% s8 l5 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。

2 f  Y/ z: q4 I7 N! p/ M; M

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。

  
  

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。

) [; f1 c! R% U" T1 |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. {
   * K5 O8 u- ~* Y3 [# `5 {
3.     struct sockaddr_in servaddr;
     E4 w: M" p# B
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   & _* h0 h+ v" |( _) B
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + s# X& d% z: S4 O6 S
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   6 ^+ I0 z/ r9 f1 M  o
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : J4 S% @4 A) w# g  p2 e
11.         {
    ' h# j/ {' M/ `" M' o% ^
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 R+ F$ i: N9 |4 W' N2 K  u" |( D
13.             return -1;
    
14.         }
    0 r7 |8 j5 U8 T# a
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 Z* D& m: Q" o' K$ @
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 S1 j8 ~, K; p% h  [8 }
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % D# O* {3 V0 U$ O* n: D
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    3 C! V; V) f; K8 w
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
      E. P7 b& _* B; ^
25.     }
    + ~! o+ s+ \% i" y$ }% }, p0 j
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . r# t5 W: _: ~' ~
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    4 P$ t. T& _) K$ ~
31.     return 0;
    & a2 ]4 y, M: l3 l5 i8 H5 E: Q
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);
   $ b! r7 E' H3 f- h0 c2 v* b9 l- w
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   $ `9 H/ E, k& }$ Y
3. {
   * B) r' B+ b1 a( v, o  V8 @; d( l( b
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   & Z! s: n: H0 U- ]6 X* O" y, t  w7 N$ t
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 b, O) N, X3 W8 b! \7 R+ g4 m! V
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & {/ r: B* I7 A" f
11. }
    6 q) X# k! V" A9 `( d" e
12. 。。。
    5 b  a% H% A, N. F6 c$ Y
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;
   + `% Y; n- w+ b3 x4 P
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 i7 ]: y; p: ?+ m6 {/ @8 d
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' C2 b8 i5 x2 z
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;
   5 C4 p) |  f+ g9 G4 i
3. int main(int argc, char* argv[])
   ' K/ \3 H" D# [. }3 Z
4. {
   * ]" w. j0 g5 e1 J, V% h2 A! y" V
5. ...
   + h2 E' N" A$ U6 Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) d# E% l4 d% ~% ]) k8 q
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 T' T; p- g" w
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 _2 C: s5 ?2 n/ d# w5 M. y7 P/ V0 c
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    ( f! Y% p4 X; Y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    6 h+ n5 n6 f/ @) P
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ( W. N5 M2 \# a- _% n+ ^6 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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 o5 ^. Z$ M5 F% o8 V; ]4 E+ v
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" \
   $ c5 _) T6 }3 l5 P6 K5 ?9 ?
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   2 \+ _0 x" q1 `4 W
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # T& M" G" w, a/ z& ^! T  ^* L
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' I/ z: M5 X6 Q* q7 G6 M
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 G2 T. k: O. {
12.             "\r\n" \
    2 L; B4 X2 \" X1 b/ }8 e, }) [
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ; a7 [( v4 M7 R5 P
16.         free(frame);
    : @/ T, V: V5 B
17.         return;
    * Y+ ]5 \& M& Y' `
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" \
   ) j  I2 G0 U6 \( c+ x4 @
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * L: O, Y$ H- l* M. E8 H
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ C2 ]+ j1 ^' {: b
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * @8 g# E7 D6 s, l4 b' G7 ?
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & T/ o/ M3 }0 R: v! D  }/ A: G
7.             break;
   0 y# r. B! ~& a. {( Z. ^$ j. N# |1 E
8.         printf("sending frame\n");
   + b3 G( x" ~% b' w; U/ k
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - b- c0 n* r+ O# k  H8 V$ w  Q, d
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / Z: B2 u1 K! T8 u5 M' D5 d
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。

/ ^( x- l% t# b. {) [1 C3 i

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 q7 V9 F; H; \7 m' W4 l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   # b- j1 e; N( `1 z" O4 @
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   3 J/ H( D! U  G$ W
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; Y$ x  t# i: d
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

) Y- }2 J& `9 l" o& v% J
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：

" X! h$ \1 F5 ?
' p8 u. h' B2 p* `" y

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   2 m' _$ l  F4 u+ V, n
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ l% h6 c0 @$ G) o7 n
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   / M1 I0 m( h9 p5 h
6. {
   ! q- p7 ?/ I- A/ u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
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)
    : x8 a; N8 P  C- X
18. {
    ; U. Z% W& Q. Q' M' s8 }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 ~0 d& o) s  H2 `8 Y% E+ C
20. return -1;
    - w7 i8 u8 ^8 T* U! T7 A
21. }
    / Y6 |" R" Z3 B* S0 J7 n  E+ G
22. else
    " {% @* S  |5 p: E( @% ^) q% [
23. {
    ) F2 W; K, d8 ^. C/ I. B, v8 j. P
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' e9 Q  I5 \' P* s9 z6 E
25. }
    
26. }

复制代码

4 C, R3 T6 H: _& l+ G/ N0 ~* s

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