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

/ D" g5 r+ e0 J, G* a/ W

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
5 W7 M$ V; Y/ `. D7 w9 h7 g
7 i- A) M* l2 N! T2 R

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。

. h6 z/ M2 ^7 S2 }* n/ m

. F( T, `( b! a8 {9 T

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。

  
  7 b4 Z) [; Y7 E: j% P2 ?' M

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
2 D. K8 |1 f" \/ I7 K

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)
   0 U: x8 ]% z8 V! H- O3 N& Z
2. {
   7 B. K0 `8 }+ M1 c  l( O
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
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);
   2 b6 G6 c% Y& q5 k3 U
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     u- E: D7 I( z2 R7 D9 f
9.     int ret;
   / g9 y0 B3 ?  L, M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    5 K% A& ^; W$ @& ?  Z  ]
13.             return -1;
    ) Z: |- @) Z1 |
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    , b3 @1 D2 P! a
18.         printf("setsockopt error\n");
    * M- E; F' R8 [. T7 d" U3 d
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * G+ ~6 h  S  d, ?" w1 W
21.     if(ret == -1)
    / h/ {, o, ]% ]. E" N8 S
22.     {
    ' V; {2 o- M! @/ k7 H
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
      [3 X$ r' v' K$ g3 t* ?
25.     }
    / M$ M/ Q9 K& k" g
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 O" }% P, i* y3 L# }) |7 Z7 a
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    0 S8 p7 ^2 L1 T3 S5 f* O5 \
30.     }
    8 j! I3 p. H; I' Q: t* x. A# c: V/ G
31.     return 0;
    8 r& Q  G8 m, K6 {$ }" t
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);
   & s" F: u$ `* S' S! j' l* I
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . M4 p0 W6 w8 l4 i- l3 p4 {
3. {
   4 P7 r8 [+ e: f# Z# [
4. 。。。
   $ w4 Z& u8 X. @) q1 l
5. while(1)
   - k' b8 H: l* }9 ]" R  m7 c7 n. q
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    : l( R8 }8 z8 K- T, E
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 j8 k) k- a1 _
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   4 ]5 ^8 i3 D# _% `. i2 d
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( I$ U2 q. n& |( h  f. y
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;
   ( T; y/ a7 \+ O$ r, I0 T
2. pthread_cond_t pct;
   ! R/ U3 n. c$ Q6 L5 z
3. int main(int argc, char* argv[])
   # b5 U7 a5 j+ [2 Y. N
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) M  @& t# V/ u4 _. L. w. k" N. w
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 F+ d1 U% c+ P( [
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);
   $ G+ B; G; n7 Z: C& T
10. ...
    6 b' O& d$ F& l" y% I) n
11.     while(1)
    
12.     {
    ( ]9 T2 B* ^$ V; d( J
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " c  `  a! x  E7 G
14. ...
      ^; G6 W' Z$ a3 H. F/ k
15.     }
    ; z' P5 T9 ?3 q+ O' o/ w' G
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;">
   
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" \
   ' O# v$ o# {" {; B& }* Y
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   9 x2 _/ t2 R; j, k2 s. H7 u
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   " E% {0 v' c4 m3 w1 ^, j, h
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' h" Z3 p# o- X5 p" a
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   4 f8 _* L8 y. }9 X
10.             STD_HEADER \
    + s' b  @3 T3 `4 V) D) b' _  T
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    6 F' A* F! o" C8 g' b; I
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , ^# g& m4 D4 T. C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , h$ \+ p: q) T, y- L1 J. p1 O7 ]
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 d" y  G' L3 S, k! \
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   " E! Z) p/ y. ]8 ]# \
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   0 c1 |# `  F0 m& ?# D* ^& R
7.             break;
   ( B/ S& m7 [) L9 m4 f, U4 z, W
8.         printf("sending frame\n");
   0 X: z0 {& _1 N$ @0 i8 c: N# b0 {) {
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    - A2 Q1 ]- s; i" ^9 u% {. p) Q4 ~/ N
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; M, ~6 w8 j" u
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( D/ W* c  P9 l9 k% o
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( m* N$ C5 Q" Q8 M- q) j

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
! P: @/ l0 ~5 ~4 M

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);
   ! z- a3 S3 b+ y8 G. X
4.     if(*socket_found == (~0))
   , ~5 E( G# y0 {8 l% S
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / N# B! A0 m, Q
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   5 H6 i# z1 E4 l: a$ C1 o' V
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - M% W1 g  w4 g: a, ]
13.     return 0;
    / x! E) p  s7 w8 Z
14. }

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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：


& S; v6 g7 N" E4 y. g& I, t6 z3 b( _

1. while(fend > 0)
   & v" V" K0 x4 }' Q
2. {
   : a% _# D8 H" @: e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 r' w( E) q. U6 F$ [
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & _: k( v* M5 O, d$ w' O7 q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ! q  @- ~" w& G0 f/ {$ }
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    : C: }: y1 f6 I+ F& P
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 ~) l! m. K/ v
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 S3 M: D2 ?2 O9 v
17. if(sendbytes == -1)
    ' _5 J) v2 j0 \" s) j
18. {
      \7 ?3 s7 D' s8 L" [
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    3 X" A$ _1 m& B; N# E) `
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / C, W( R6 x0 t% ~1 _. v' o
25. }
    
26. }

复制代码

3 L2 ]  ?3 M+ ]+ Y$ P
# ^& k& f! N/ a5 g" Y( a# ^% O

9 g* q3 o) B0 X' `7 Y8 E
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html