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

$ R4 q: [8 [; s* h

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
: {  f* f9 `+ ?
; l' P- ^2 Q, p* T! L" P$ O; ~

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。

, M4 O3 O4 k) C1 g( K

, a  f* s/ f: V

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。

一、HTTP网页服务器
, u9 V7 M: O& O' T3 ?

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)
   . f" C9 B5 N9 K3 J, Y1 z7 t3 Q
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 D( f4 V: e( L
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 B4 x" d- d4 H/ G: D% D
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 l6 m5 P# X; w; V. I
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 a" h2 O  r: r2 C4 |' w- h- V$ V( H
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 @$ E8 w+ p6 f9 C- K
11.         {
    " i' \, B) ^6 D+ u: z  {+ l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 D& J6 a+ F; W! z& _2 `
13.             return -1;
    0 m, l' |" I3 L: j, F
14.         }
    3 z( m. }* s, J5 Z
15.     int on = 1;
    0 N7 h2 I; R9 Y3 }5 v! f( c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ( d2 C# {  z& x% W& r
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    * H9 Y: P0 `7 @
22.     {
    % a+ D0 ^1 p) M" V/ i# `
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 M7 I' u4 w. E3 `
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 ~  [+ N1 x# p$ |# d
29.             return -1;
    8 @( e& R8 A0 F, V
30.     }
    8 R0 o- ^' R. \& Z2 ]" ?% Z% Y
31.     return 0;
    ; t8 [. t; f5 P
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);
   6 K$ X! U! ]0 B* p1 x0 ?/ ^9 n
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   1 k& W9 v3 L. ~9 v' g4 k  a+ w
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " a5 {0 W1 @) \. I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ N# r. X* H3 Y$ \) w2 h. r- U
11. }
    ( Y5 b0 t/ C0 M- M5 z" y3 L& w
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;
   ! q, A+ |* e- z6 J( \& Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' N, q4 }9 {, i, @! U- ~3 q% q- h
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   4 G" a0 N5 H' j
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. {
   
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);
   6 b' r5 C3 C- a3 f9 s" Z. @
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    0 F; W- _% k5 J  U
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    " x5 v2 M, x8 S* x
16. ...
    ) Z, p( d" [$ H) W2 [  b% c$ c/ f
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;">
   5 m7 c/ e2 D1 F2 I! U: m1 `
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - T  N: O. U$ S
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   3 x9 b  C! d& G* C0 N) x
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   + x5 z/ B. S) i3 K9 l
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" \
    , E2 q! C, f' K1 f1 T
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 M+ {- u  {9 E; I
15.     {
    
16.         free(frame);
    0 e/ q) r/ J+ I; S
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" \
   $ {9 t1 }" B" j( A, L) b6 |4 P
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 `9 U* s. C7 D. y5 H
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 {; l$ q  j& W9 ~% b  f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   $ s: P- i  i. X! G0 Y  ]
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   2 g: u4 E* X1 ?, U7 ^& u4 e' P- [' R
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 g2 o  ^( C! ?% F$ h
10.             break;
    1 H$ j' i& O+ w/ Z. Z- |
11.         printf("sending boundary\n");
    3 Y: Q7 g& G# l
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 v8 i% I: E+ A1 `9 M
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % ^! ]( e  s/ Y. Z7 L
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。

* l$ {- z  V- @( K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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   7 {( V" L9 G6 V; X) x4 t
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);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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- B$ ?) p0 Q/ |
5 ?& c/ q+ l3 ^  ]- S8 i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：
. l, T: t; e# v" y, f' i  A/ h
, \) h% V& S/ X% ^3 m% Z

1. while(fend > 0)
   " E. }* n4 Z+ p
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 C$ E7 Y: W# Q" {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 O5 r  o3 x; o/ M
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ; K3 @0 Z" F5 N, |- d
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    / }5 Q: m/ ?0 m$ H8 `: q
13. picture.fin = 1;
    , E1 f  V% k# v$ ^$ X
14. }
    5 x" I; t7 b  X# R2 O
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 A; n# r/ N% n6 f
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 L% C- }5 e- H' q- j
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    : i. E# A: ]+ q% f% t2 ]& r0 a3 H. ^
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " M1 }8 C  B: N% u. s# [$ n
20. return -1;
    
21. }
    3 p6 l' [8 u3 w' \, _5 a' j- u
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

/ y& k+ m" S2 M4 ^& i, @
% N8 k4 P! }8 N5 m* piMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html