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
# N8 D+ B" W' p- O. I

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。

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 Y8 ^) d( M' v' 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。

一、HTTP网页服务器
2 o# A: A4 j8 f: x

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! ^2 d! S+ B0 u0 B2 e; ~/ e
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % s! x/ F3 c6 Q8 t
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
     E6 X" `1 I5 }4 {( M
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) A5 q, ]5 V6 L3 d2 O4 s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    3 `: ]2 T7 \0 u( p# f& c! m" I& |1 l3 p
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - S6 b, ^  U5 F% F% L( b
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 x/ J2 [. _6 l1 j) N) v, d
17.     {
    1 x6 Q# a8 E9 U% W
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 F( J2 h; S/ |  O* A( S: m: @
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + y4 n; @4 u+ \# I& c" N3 Q5 B
24.             return -1;
    
25.     }
    , C1 a0 q, e0 m/ O3 V6 r8 h
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - x* E: C8 R% y$ B
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    / K" P5 ^( M* ~. }
29.             return -1;
    * K  I8 p$ f" A! S5 ?  ]9 Y/ A  z
30.     }
    
31.     return 0;
    ; b7 {" p+ P. |! J( |# g- k' g
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)
   8 ]: f, t3 W+ X
3. {
   6 A5 Z; @8 r) P9 o# x9 W, \
4. 。。。
   / W3 Z2 b2 K0 ~- w: a0 O
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - Q. H. s- T6 @  D1 |# u" O
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    & W* _  k9 N1 h3 y" K4 N
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);
   3 e5 j4 T. t$ x1 n( C
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 x6 q7 i$ X+ R/ t4 Q1 Z# \; U
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 E9 e3 }: z: ?
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   % q% \! J( {! |# C* a
4. {
   4 L+ E# L0 ?# v8 X/ n( C4 j9 S" \2 C
5. ...
   ( ~8 W$ C4 K8 q( U/ h+ y
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   6 a4 p* D2 ^" j/ Y
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & f+ m  i( N) |1 Z
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : C& G# w! Z: x) G0 c
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   + M: F. L  n$ t! \0 h7 \) I
10. ...
    
11.     while(1)
    6 c( o  L6 ^& z8 _9 ^# w" H
12.     {
    
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;">
   2 \( N( t; N' F; h3 X- f
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" \
   - M( k2 Q( ~2 @. q* N; q
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , L7 V  h/ z3 n; [$ y- I
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   # j' k* V% y$ _# _0 d5 s. ^
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   7 x4 r8 d  D! G5 q) d1 f
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % z0 X7 p" y# _6 _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 s* N# V3 v# s6 z1 l
7.     printf("preparing header\n");
   % X( m6 z$ u2 h( E! g% U1 @2 E
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % U" n. Z6 K7 a1 p9 h% k
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      \: Y4 |' A! v6 |
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    # @6 |! F% k' Y* Z( q. @' K' x
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);
   8 U6 ~# |$ z" v0 g2 E6 B
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   : `  ~( ~  \# ~7 t% F' k
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) Y2 B- g0 o5 n) \( B7 d- p7 ?: x
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & {& Q# W4 R+ i' v0 c- P' J9 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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 D0 \8 n' p  Q* ~3 [: ~9 V5 e! a

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   * s7 Z: v* d( O6 u2 C0 k- k1 i- h" S+ j' R
2. {
   8 j' H/ y  h8 w" O1 p7 m' \2 f/ D
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 `( y8 l( X+ b3 P* j9 T
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' K, w# W* u# u" s! h" n
5.     {
   , [1 G+ i  @: F! d, ~3 I
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   . e5 ~. m3 V! k# C' P, L; [  u
7.         return -1;
   ' K/ P4 r3 |! h- j5 _: l
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; D$ @. j5 }8 {$ _) A- ~
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 e$ s5 q% z5 o1 w3 ~- J+ w
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 L  ^9 I( T8 C3 u  q3 O* w5 O
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( N8 \# ~0 A  C6 A2 I1 S8 j
13.     return 0;
    & T, C' b) E( ]
14. }

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1 ]+ f4 q& ^+ M2 R  u( q& H4 l
! \8 U0 T4 `3 ]  q8 y9 D' l8 s" M, c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- T6 Q9 x1 M; v6 n8 X6 _

1. while(fend > 0)
   : t5 O2 X' F1 S7 e
2. {
   # z# K* B3 e; r1 f, |* [/ G0 c
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   % t; D& a9 L9 p2 l6 ^/ N3 J) [  y
9. }
   
10. else
    5 @$ `  N( y8 z/ k0 M/ Z
11. {
    8 t5 B5 v5 R2 I
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    * X3 E7 d! L1 K! K1 U- m) G7 g
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. {
    , t7 _3 C1 b$ I! M* e+ N8 n- H2 T
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : g9 K; D9 ^* Y, h
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    ' U# w. J( v0 p0 b: ]
23. {
    : f+ p0 p# W' a% ^
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ' Y# e. Y' v/ K
26. }

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