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

) I" k5 O+ S7 F9 T6 E( T2 o

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

" L% c( J$ a/ Y/ c

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。

; _1 M3 R  U, w/ z. d$ u

+ c. h4 O* l/ z1 V( y

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。

  
  ; I0 U  m' }. @* ~/ n

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。

( `+ h$ [+ [! U  j) P一、HTTP网页服务器
& t' r6 {4 w2 q: G

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)
   $ C" W; w2 j' |5 N3 Y
2. {
     v. s. ^$ f% B& \
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % ^# g; N# P. V8 R
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , J2 P2 v1 c' H: b% ]
11.         {
    3 N+ W4 \; {- L( y2 L  @
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    # U9 D1 z) C  }
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      l. s" L% e4 R# L& M
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
      [- O2 o9 U2 z) a  Y3 o: \/ E
19.     }
    # Z8 U9 T* |) B4 Q- e4 R9 v$ J% {, }+ Z' X
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    # u' E& F1 d) I* j$ U5 f! w
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    & {2 w  j8 ]7 M8 m7 A" E
31.     return 0;
    : w! j( G: O8 ^  T8 Q- T, P7 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);
   # [; n+ y9 e- a* H4 h( k
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   3 z5 h- }* W! b) H  X# Z1 U6 o. C/ c
3. {
   
4. 。。。
   6 p; Q( K! b8 C" h  R
5. while(1)
   8 R" n' O% s) ]- m, {0 Z# ^
6. {
   9 {0 i" f; O5 F
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   5 @% X  Q( R* z7 d8 ]+ ~- R( v* b
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    0 ^: S4 V7 g+ v0 A& @
11. }
    9 u" L  `) `9 z$ ^1 Z/ ~
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);
   % m. R9 M% A; |7 q% }, H
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % {# U3 T3 Z' h' Q7 o. c8 ]5 P  C
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " A3 k! N9 s) }0 a! o1 z5 y3 b
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;
   * R! {" q) H7 U' b5 F6 Z
2. pthread_cond_t pct;
   6 K5 S% \( X/ _* O; R3 b6 N
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   2 q8 K* s) Y! D2 k
5. ...
   : c; y& o$ {  U0 k4 `4 s0 m
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , ^7 K" V6 W& E
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + P2 u& ~3 g8 l( y. _/ |0 s. z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ; q" E) K$ _8 X* `5 w
10. ...
    $ P3 ~- _7 _) E2 @/ @9 E
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # `# R/ H$ w" x
14. ...
    
15.     }
    7 |2 ]% J9 ^" |0 f% c& D, H! K
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;">
   7 f( ]4 U1 D) f# a
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" \
   7 z% u9 J# G/ }6 j
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" \
     ]* x  A' o0 l2 E3 U$ |3 @5 g
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   2 h$ K/ C2 t: w- D# d
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 v8 R! \2 U" u
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
     G- }* D: O+ X( q, }& W4 y
10.             STD_HEADER \
    % K6 J" a0 v" H* V) U' O% p9 A
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' }0 k* w# X* d
12.             "\r\n" \
    4 Q2 W6 U3 N3 b& k" _8 Y9 J
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 d  d% R) _: z
15.     {
    6 U( b: `  N, q
16.         free(frame);
    & x/ B- K4 {. W, Q2 D, I
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" \
   * I4 a. g1 M7 D/ Q4 D; z  n
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   4 z6 c5 l$ O. u2 D
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & Z% R7 }5 M. J; e1 f
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * F; E' _% Q* }9 i# M' q& ^# ~
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / u' F( [; p8 b! [9 M' Y+ H" U
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>

复制代码

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。

0 Q1 \$ o9 Z/ d5 B1 ~. z3 x! K二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- K9 e# O- j& H! p

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);
   3 [, M0 d7 N3 {6 G$ D6 \
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   / Q/ `+ P) W% Z) j
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   # r6 }2 \& d+ q( M* N
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 Q6 m1 a! V' z5 l
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    * \0 z7 \+ h# f% f* H- N
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

' n2 r3 A1 L6 d$ p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：
# B9 ~( C8 f% {  a, ~5 k* ]

! o- W+ s( s. x' `

1. while(fend > 0)
   : D& {. t/ l# E5 r
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( L1 {4 W1 b; p0 r  _5 @
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : F. T0 A- I8 N0 }8 z
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 p) `+ @6 I" \# }, T
8. picture.fin = 0;
   : D+ i! j# m" x- M+ ?
9. }
   ( S9 N, ]  {: A, R$ u6 p* q, o
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ; H! M4 Z9 a! [
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    - E( \4 `/ H2 x) P
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : I  G8 y2 L4 w0 M( R" s
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ' y- B: a% t# d- ?$ A, I8 ~
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' w2 S# e9 q5 d% I4 x3 C* {
20. return -1;
    ) A, C, z% [  u0 i3 I$ W1 Z
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 G# ?) f, C# j* X9 }
25. }
    
26. }

复制代码

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