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

  k1 f2 O* r; K5 \9 q6 x

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
  T1 `! _' T' ~# m: j
' a/ w% B, w) v6 o$ W' s" F

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。

% x' Y2 I1 A6 p) u- M( f

# F3 y4 ?) A- x( S4 {( Q; r1 G

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。

  
  

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
* M+ F" X2 V; b0 ^8 {! H

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;
   & g0 n, `- P$ j! y2 c0 |! V
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);
   7 a8 F" e8 O9 z8 m
9.     int ret;
   6 m0 d3 s- j# E8 c
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # h8 p( P# @) x" Z. i7 r
11.         {
    : ~1 Q$ J+ [& C# d& n) b3 l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    " x: g6 i8 M5 l% s; [
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' Y" ^' k: N3 ]5 W  _2 M# B! O3 W  ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    & y) R( B9 U; J1 R
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 Z7 Q, [- P' r
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    5 o. ^1 {, ?% p$ p
22.     {
    5 j) l  a4 Z; q* p
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # P1 |* r& d2 o: z  n0 x" E- u: [  g
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , @. S3 Q3 W6 {& [
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    4 W' i/ e6 K* R  P0 {5 m9 r
30.     }
    
31.     return 0;
    0 m2 d( i4 ]' J( K! p' J
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)
   - W8 v4 p0 [, e; J2 S
3. {
   6 c  U7 |: j+ a2 }) Y9 K0 R
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   $ ~  V0 s* h9 L: G; ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ M; D% X4 N! N) ^
9.     。。。
   ; P0 S1 L+ r: h8 ^* z2 h* }
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 ~: Q$ M# m1 ~  l1 R3 l7 }8 }9 w0 W
11. }
    
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   " d# c6 W4 k9 Q% K! A% ]" B
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;
   8 v8 S5 G: U6 P/ o7 q
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   * V$ ^: u% h' ~- U, V
5. ...
   2 z$ D5 v# u3 |/ ^/ H+ t3 N/ w3 |
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ ]- \" S: B9 U" k* D1 S
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , k# j# |( l: D; {7 y6 `/ C$ `8 u
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 E. h0 }! V3 P: a* v* I; n
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & f$ O! T7 F4 t' @+ d! v" w
14. ...
    6 z8 b$ k$ w* x3 y: h! Z
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;">
   9 H3 W( |2 I8 o9 X2 s$ c" z1 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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , r! c+ m6 M, R! F" V) |) r
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! A9 A' v5 X2 h5 u+ X2 v  n" e
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - d* _  s) x# F6 O+ }9 h% s# d
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   " i' b. A: y2 v+ _
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' S/ b9 Y, b" r. J# N/ b9 I
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    - J% N$ Z; X2 F% k/ u- E) O& q/ N
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    , d8 l# a; f. O. k
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 @3 m0 i, K7 _
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % T0 N1 G8 y; V- R& T9 @
15.     {
    / Z1 N+ M0 x) k3 A5 a% |2 Z* D
16.         free(frame);
    
17.         return;
    , `4 z% Y' {! B
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" \
   8 K6 t% y; o( G
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);
   ; I3 H' u2 h* N' }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

# v5 Q  F' }" p$ }& W

+ _0 e8 |0 v4 c3 {- Q二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' j* n4 D; V/ T( d

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % M  K: `" j5 ^5 }3 h  s+ ~
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   8 e4 _& Y1 n3 x8 w2 G
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; N7 }6 b8 z( L9 f# B
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + O& _* C* h( o; S* r8 q! T
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：
  z: Y7 u  o+ F4 z) w& j4 h+ s

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. {
   # a: S, i4 U/ \3 ?1 ]4 p. c
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   " V: @$ B2 J0 @/ h
10. else
    8 O- U4 z& ~$ D3 \1 r7 u/ f
11. {
    ) |$ O5 `- c+ ^! E7 M
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ( f5 c. B5 g( d2 p- \$ b
14. }
    4 y' R+ u5 q  U/ m6 j1 W' P
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 v6 Y" f. |- E0 c
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    1 [1 n/ o. f8 s2 t
18. {
    ' J8 r% ?) |- r
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      x/ n2 |) E  d# L) o
25. }
    
26. }

复制代码

" B$ c4 E$ w# O# o9 B2 K
5 _, D1 C* l% e# ^9 e6 u0 Q- p

3 l' L5 D! w' f0 m. B7 biMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html