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
9 g1 H& P) P3 Q& s9 W" o, N

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。

8 X& V5 R5 r$ }% o  S

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。

  
  + a0 D! n4 b1 Y' M2 s% b8 ^2 B2 p

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。

+ d8 i! K- X1 m9 i1 _6 a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;
   " R8 H4 U" T; T3 Z7 I4 ~6 Z& ~
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   3 _  I9 n) ?& N% W. W
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 N+ d/ T' s; |% {# E* L1 x/ o
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   2 n5 T' ~( O8 w' U3 ^- g
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    # R! n0 i2 ]3 h# j2 t8 ~: i
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : V3 o) M4 I$ }% R) |( _9 y
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ( E. |+ S5 `5 `  p
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    * i; A% m% ]' d2 P5 e- B6 {
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 P0 ?3 h, f6 c7 T5 B
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    , z5 Z' n# z" w+ u9 F9 x2 J
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 y$ D  z6 {' x, x" H" `( e  I" o  a
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    4 L8 M( L) H6 a' c; b
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 h/ f3 |# e' O
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    5 B. T- F0 W. N8 H  A0 C* }
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)
   ' l6 H% p, N# \- E& `
3. {
   ! l/ s3 d* b3 F5 E3 H
4. 。。。
   5 H- ?0 x1 W( M% s8 ~7 D% E" Z
5. while(1)
   : S9 C# X9 R2 B
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   8 z- L) `2 D, R; b" a8 L4 [; @
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # e0 W; k( c" z8 z
11. }
    % s0 r( J9 W0 N3 o
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);
   " Q$ h7 S$ k+ Y! u
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( E) e) @8 \# Y- R& x
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;
   ; ^8 e/ w8 F& r4 S1 U
2. pthread_cond_t pct;
   ! ?; l7 N2 H9 l1 v: P
3. int main(int argc, char* argv[])
   " Y* Q5 J* X/ y9 Z0 H4 `
4. {
   , `( u3 D" p4 ?
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 Q2 e( t# n( g8 t+ I7 J
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    9 D. t$ R1 k, w6 }7 }& B
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;">
     Y% A- [1 s$ X& ~- [* g$ x
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ' |1 x: G: u$ q  k5 u( }
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" \
    - Y7 m6 n6 X2 n! w, A4 i# ]8 P
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 n9 }* \. {% {) w  x
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ; c! r# P, q% y  [4 i( ^% R4 d! O8 h
16.         free(frame);
    ; c( J% h4 |6 |% w6 i0 H4 `. L6 Z
17.         return;
    ; G' J9 y  q* @
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" \
   - m. M+ R1 ?8 X8 k- I! e- \
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   # f% d6 E/ b) m  R7 y4 S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! k8 V( Z% j6 d
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ' P2 E8 b  W1 D2 a
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

4 y/ N. A- G  \6 p# X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)
   # |+ j; I/ _# M# D
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( L  {4 r& Z1 D2 I& o" ^: c% S
4.     if(*socket_found == (~0))
   . B/ |7 [' W4 t$ ], k, O! V4 z
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ! H/ K4 l& x+ M, ]
7.         return -1;
   
8.     }
   3 q6 Q% i7 X3 }- ?+ t% L, \' ]' Y
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( ?+ O& H& B0 J6 p6 F2 a
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) `( ?+ M% z% `+ Y( F- _) D
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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) p) h$ v+ n% P; W5 ^5 ]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：
. I  O) `+ u7 J5 h
4 W, E1 }7 r8 c2 \

1. while(fend > 0)
   2 d# p7 Z  U* \9 T. B7 h) O
2. {
   + b, Y9 p2 [, {- f) a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   7 C6 ^1 |6 c; R9 h; k5 Q4 p
6. {
   6 h& w' T# m8 r" N, c  K" u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 H) D  r" q. w% F# u6 @
8. picture.fin = 0;
   - p& O. h, r" C7 }
9. }
   
10. else
    
11. {
    , e( i+ ^$ u# P7 F4 K  N" V- T5 Q
12. picture.length = fend;
    : n3 x" t  W* L  m3 p; {
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)
    
18. {
    ' d) D' ?$ j+ L) k. @8 u
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / _8 g' D! L& g' r) ~
20. return -1;
    & W9 j: q! R8 Z5 k
21. }
    4 _/ e* W. P/ t5 P  _( x
22. else
    8 ]# y4 U6 a% C6 M, V
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

1 \- j+ v' A- s( D- v
( x8 C5 M6 L2 s  M  W7 _iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html