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

% M6 K; l1 L. f  h* n8 t1 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。

3 Y1 G) g. A( q% E

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。

  
    K- J  g8 [3 Y; `/ j

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
4 [$ o' {; A7 |6 h+ d; [5 c

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)
   8 r, Z% N  A' W5 m- W0 e! }2 ~
2. {
   ; [6 P, A7 R5 t% q7 q
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   1 d  f. t0 _; V, Y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 ?) r, e+ P8 W5 W% _8 P: U7 Z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; ]: }8 L' R9 b3 I2 @7 X2 Q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   - p6 m7 K( F  Y$ U: h  G' M- Y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
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.         }
    
15.     int on = 1;
    1 p. w% s5 z, c$ g% o% G
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % N3 t: O8 M9 s
17.     {
    3 z' l  j1 n; d4 O
18.         printf("setsockopt error\n");
    ) B& j* p( \7 O7 C. n- I( z
19.     }
    " C" J- _2 `$ ]! S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    / M/ Z4 a# Z9 J" w$ @4 S; k7 d
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( G# D6 j6 h$ T3 l
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! h7 B2 y& w2 y# {' M& m8 b# q/ Y
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    9 a2 l% c4 d- L$ f. N
30.     }
    ( c$ J$ C  `4 z2 d
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   . C+ r+ _2 e, }$ [) Q# c9 |6 V
4. 。。。
   ( ]  M2 @. \, s; P
5. while(1)
   4 J; ^; d+ A9 ?+ h
6. {
   7 f8 v: p! R) u0 A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 f* Q0 O5 I$ u* E3 I* L/ w
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   6 E1 I0 k8 e: k6 x6 {" L
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    # o- ]% q7 B" ^/ V8 R3 D2 o
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;
   ! M) s$ m0 P$ w. {& I  t& k2 O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
     P. W! ^, e7 ^% K
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   1 Z- R( ~9 p! B
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   : V9 u! Q" `$ J3 |0 V0 T& @% e$ v
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
     z/ L. X5 P8 Q
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);
   + \2 t) O+ {( l: s% `
10. ...
    , O$ S% p9 D( A: ~: y! |; _  Q
11.     while(1)
    0 }; r, u) I+ t
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    - s8 {" g# a/ M1 Z# ^% g
16. ...
    . t6 e6 v5 V% c! x
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" \
   $ s3 q: v4 W# K# l) }) g, `( {
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + }! l  W& ^$ }1 x1 K8 i
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' ^8 Y+ c9 K( u# d% e8 j
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 W8 W4 _3 n3 n, _+ o
7.     printf("preparing header\n");
   ) r  G- d- v; ~
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ! {' y& N1 c4 \! o' l9 a' |
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ E1 i$ L( l* q; `
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 I% g/ i8 ~7 Q/ B, B
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    6 _6 k" H+ W% `! X) P" D
17.         return;
    4 N* ?, l& Y1 ^: P! e
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" \
   3 w  D# q* j: o- [# Y6 R& h
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   * `% `5 E) @" [- s4 x( D
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   % I2 y% v, }+ c# i6 i
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   # J* w2 ?! I: `4 w' b
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! l+ F4 ]& f$ p9 m
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    & ~4 p3 X: q/ i
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

/ H5 ?6 J* _) g: \

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)
   9 p8 @  f: j9 l8 O6 a1 s
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   + i& a3 n- W/ \, X/ {8 u" u4 L
5.     {
   - ^; K. e  w, {' [
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * G8 x- f9 g2 y) B
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     ]( k4 y6 E6 |3 ^6 D
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 `4 W& |9 Z0 }# l+ O
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ( }8 }; ?9 k0 n- }
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：
$ Z6 N0 p! D6 [* ~  `

# W% S# D1 E: x' g

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   . ^! u* B) _0 D
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   " h) P, t2 Y7 {6 N3 L7 @: P
9. }
   , R& q$ Z* L; @0 U! B6 [6 F  Z
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    * M  a' t1 Y# i8 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);
    " {" |$ T) A: f$ `* T4 o' r
17. if(sendbytes == -1)
    ) t4 v; _' Y! X' K; w
18. {
    8 @. Q% [5 L; F; P) V. X  L
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 {3 r' I9 @. C* T
20. return -1;
    
21. }
    / @% O' S& Q  s3 k4 u; h+ i- f' }  ~
22. else
    $ N3 j8 ^& P. y9 p+ w
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

1 O6 u5 A6 X4 }/ p9 K( KiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html