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
6 A( y+ F1 T- k0 S* `# X! J
* Z) O1 N$ n; I2 G' \2 k" ~

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。

( M  l) a& V% H) 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。

  
  , ~( s8 Y$ y- S

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
* r* u& c  X& s  ^3 l

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)
   1 C4 f4 r- V6 D
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   8 ]; L4 S; U" O3 X" B
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);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 L! W' l/ i7 N
9.     int ret;
   / R& H, U$ `& n+ T8 r4 k% t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    . x7 b7 \/ a% ?1 K  |+ u* I2 O
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 K# x" h' u+ p4 E' E
17.     {
    , y1 w/ c7 t$ l
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    5 a% J3 X% G4 D5 v+ j$ M  q6 |
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    - f) H2 V9 M+ N7 w
24.             return -1;
    6 I7 C; D6 P& i' n
25.     }
    0 g2 R3 F$ s9 ^* [
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    & V6 Z( x# ~4 Y7 ^
29.             return -1;
    
30.     }
    2 ^1 U; Q* l2 B
31.     return 0;
    % u* y, U( L0 K) j+ n& C2 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);
   + e) O" F- V( m# Z. V. f5 u, _; e
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / z% x3 k' b2 L$ c. k- [
3. {
   
4. 。。。
   4 L: {/ o- o8 s" l3 H- q9 r( @
5. while(1)
   ' @6 v9 @" i$ L+ b7 \/ c$ d
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   " o& D6 W. {" K
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    : O" p2 ~' Q) _3 m! q1 L
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);
   9 e) `9 S8 K% o& H% O' B
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ( H! {6 ?+ k( ~# }$ x: D  T
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   9 h$ t; m  N' L& S0 Q- L% e
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 i, M$ F, M; H0 e3 D7 G" i8 b4 n
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;
   9 ?! R3 G" a! m& y- O+ K- @6 t" ~1 C/ D
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   5 w* F; D& q: p( r. m$ \5 j
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 @3 Y' i, r! R" Z; _9 `9 r
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) R9 h4 }- q8 ~& G! v
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) [& q6 w, ~8 B7 u
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    - y% K6 ^! e* m. v2 ]1 a2 a! I' p
11.     while(1)
    
12.     {
    ) R/ J' I1 p. N* h* C. W
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    5 m4 T7 y3 A* V/ r- `
15.     }
      C* D; U  K9 g5 v  E& V, }
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;">
   ! R& ~4 c9 O! ^
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" \
   ( p8 I) r, c$ }- |9 v8 |6 }
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   $ b2 K6 [" Z' e8 `$ G/ u
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   # n( O* t9 V8 \7 K  D+ U9 G
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : f. P  ~8 `4 S' d5 C, B, u- ~% ^- W
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 R$ J! I! W8 ?& r
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   . c# q6 S1 D; I! V
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   7 J% R$ n2 B0 P5 d2 ?
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    8 [8 A- G1 Q; w# ]
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , Y4 Y2 \+ D& P3 [& t! n
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' N# g" b% G. w$ K5 D
15.     {
    ) r, s9 J8 M5 U3 m. b
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" \
   $ b( g% b. k' C! L' O
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & F! i, [" ~7 }2 _
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) r4 N' g" u! C2 J; e$ L
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . g$ I3 |" Y, j- L+ y
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
     P- `: n5 [: o  ~3 y
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 V" B* q" L) p6 d
10.             break;
      C' r4 p5 ]1 J
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + v( {% R# ^8 N" Q/ w9 Z3 J, A0 Z4 w
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。

: S# t3 u8 B: D  L! C二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, h2 s% i7 F) F  J9 \+ s

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   6 Y% f7 E+ L  t  l) S) d$ V/ B, r
2. {
   " K0 [5 @" `$ l7 d+ j
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   $ `6 l) w. f1 v6 t" v
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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7 M0 V1 [! U$ i- r5 ]4 q1 a
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：
* `& T2 E$ M* F0 t+ P: \# B3 W
. B1 v# ]$ [* w5 Y! Z
' P  p5 {( ^2 t# B& w) [

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' @9 Z2 W4 S2 D4 Q1 K" V
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : U" W) O# }3 l) Q' o
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % v9 E* ^* @6 ]9 W
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : |. D6 k" u/ f+ o' ]4 ~0 Y
6. {
   ' F/ ^& L$ c2 F- s
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ( O2 M  T+ Q! m, ^
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    9 r6 E+ M$ F, @4 _7 E% a  g4 N" A0 M
13. picture.fin = 1;
    " k# ?6 |) j# D/ Q8 ]. H
14. }
    9 K# Z( y! H3 u. G8 M
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    - Z* a0 A# l7 ^' d( X8 g8 q5 p
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    0 s, ~5 }3 d* Z5 Q. ^& {
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    5 N  X8 V- m8 L4 V9 A- U. h
26. }

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+ l! `6 e+ r( w2 X$ W1 N6 @5 O
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html