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

; F: A" b& g) a; ~; S1 a, V

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
0 N5 @) x6 ^) Q2 N# t. ~$ m

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。

7 d2 ~, d) E' F% O- W& b+ Y) m

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。

  
  # h9 j" s; O0 J+ X0 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。

1 o' W" ?( r7 _4 {# @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. {
   " j+ I8 A3 Y8 S: L6 U, O9 k7 p, \1 g. ^
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , v% q) Y  f6 @8 t# E
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 O/ \7 c  |  k
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # a' d" D( E3 V7 c' _
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   : h! S$ p6 p* V; S3 ~5 T
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 ~% s: ~0 L' G/ _  `5 O; w
11.         {
    0 V/ H2 L! Y" U! S$ a& n, {$ @
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    5 R. h! z: N# T% w% o5 D
14.         }
    5 K+ H0 ]7 [$ `; K) S$ j3 i
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 k1 X3 N% M* \5 `# r
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 y9 @% F& }( R7 y; L
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
      O- {3 O* ]% [8 @
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ; l  H" d- h, ?) K
28.             printf("Listen failed!\n");
    & U3 G  h- B: g5 i% g
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    
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 f+ ]6 D- d; B
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   8 K% _1 j$ u* X9 ~2 V. S1 G1 ]
5. while(1)
   0 u" t& F9 l# M
6. {
   9 c- h  w# y' i0 i! P0 {. `
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 d+ x$ [# B* S" X7 `5 P1 k
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ( E% B2 w. T/ M9 L: {8 q, p0 R% H& |
9.     。。。
   0 W1 ~- I& x! y( w
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . P1 h" [7 M6 D0 Q( m$ x1 z( N: i
11. }
    + {* O$ L7 p( {0 [, C% ~
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);
   9 f; z, u2 a* k3 d- s# a* J# i
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   $ d+ L. H- |& N0 P
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 n" x5 r% ^' v
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;
     J" S6 ~$ o9 l
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   0 ~3 ^0 H* v) A8 u
5. ...
   5 M: c& s1 Y% {* f0 O" k4 b) D
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   0 ^  W! v* p' X& I% h
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)
    " V& H7 E" g5 x. v2 |
12.     {
    & \/ }# K6 w; \6 d$ M
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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;">
   - z$ _' g5 _; ?0 {$ j/ `; n
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" \
   # a  g( @  _7 T0 ?* U" K! Z
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 X4 U3 e3 l2 d" S, y- {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   . n+ @6 l' x# T( Y  j7 I( a
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % e! i/ }$ |; `/ }
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" \
    7 x( m/ S' t& j
12.             "\r\n" \
    $ w2 Q. r7 f: a) K  J+ _
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      U  Q: i' T4 Y; r9 ~9 b& v
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " G4 y, b1 ~7 W" A' K! A* y
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   % c* f9 X# B9 j! K
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 E" L# W, g8 z! e) o
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   $ ?; g/ J' G5 l+ k* S' {
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   / _) t+ L6 w, Z7 P
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! J1 a! z4 D1 U7 g
10.             break;
      T# }2 [: C0 f1 A. ?$ J$ y
11.         printf("sending boundary\n");
      h( l, ]8 T9 g
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( \$ K) @+ c5 f9 \
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 |5 g& u1 Z4 g$ L, W! |6 [3 n8 ?二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) K# U7 g0 B5 ]# L" w

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);
   & V1 W- i* @9 U2 C. a
4.     if(*socket_found == (~0))
   * C+ J6 e$ s( j6 `0 W
5.     {
   9 u4 h% ]' I1 e! X% m6 x
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   : b$ F& Q! h! g2 m2 ^: {+ Y
8.     }
   - b/ r  P( |; S' [
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / v$ O7 K, {, M+ G5 o: @( Z
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 }* I, g) i; @5 C+ _
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 W* u) ?4 T- @9 `+ W2 s
13.     return 0;
    
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：


! A+ n4 q' H( q% p+ o& C

1. while(fend > 0)
   
2. {
   " ]2 e4 S8 K* _8 |) c% j
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' S, `6 j7 L0 V; p2 m; r
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ ]; p- G) e, |$ m6 M
6. {
   4 h( }5 F' b4 b
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   # ?( u" Q  H' Z7 ~: E3 @* ?# _, h' |
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + P/ _# d  h# `& d3 k; g
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. {
    2 N4 [! g0 J) e8 V
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
      ]4 W# m4 w0 j! x: Z+ J* a$ y) ^/ |
23. {
    1 C5 h4 R4 I% j; |
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * ~- A  k, ^" \+ l- ~
25. }
    
26. }

复制代码

( U. n! C$ a6 V

5 o8 n3 D( |9 B5 J) ?: NiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html