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

1 B: o. j6 K+ G! H6 m% 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

3 ^! T- u1 K5 r* r; J

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。

  
  

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。

- B! c- g* o, E6 x( a, o* \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)
   0 _: L2 e. v2 B0 c
2. {
   . }2 T! y6 Q" i' c3 u
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # @$ Q, w/ U( h( j. ?
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * m! f) G+ t  H1 E
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);
   
9.     int ret;
   * P, `' @: x$ v
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' ?& a  j3 ]" [' W
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 ]# J3 [6 j3 y3 a. V2 L: y9 G
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 x) F3 v. ~: Z5 I& V2 J  f' H5 ~$ X+ t
19.     }
    # U, Q+ J( O8 U* \) i- {6 V
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 \& A' N" @+ I, M2 c
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 _2 w; Y! w5 G0 f+ M
27.     {
    ( J. Z7 M! N# L5 `
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 g. g( ?9 p: F, c3 H% ]
29.             return -1;
    * ~* i: j1 C& g! E
30.     }
    " n* g* D$ t& y9 S; o. Z
31.     return 0;
    # @/ z0 H# W6 g! w# r& r
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)
   % N2 J/ k, k( j* i- C# G" V
3. {
   : l5 t2 g( _, `9 `; w: P# i8 k+ H
4. 。。。
   ' r. K2 v5 r2 H9 v9 I" R5 |+ f
5. while(1)
   / C8 N+ {2 y" ~% G. D* n8 x
6. {
   " @' h4 s, {0 \! X
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + @% x0 _) i4 B/ q$ t: b* A
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    4 E8 W% f- V6 m, E; ]
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);
   . P. s( I  b7 \0 w6 Y
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 d; e" X- `) p
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 ^: N( ]+ a, i  R2 z, w$ Q: Q$ I
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;
   + D% Y3 t& O: m1 y2 r
3. int main(int argc, char* argv[])
   0 ]) ^3 Y- K! S
4. {
   
5. ...
   1 ]' V/ s: |/ W, \6 Y2 y* b
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & P2 |$ l3 D1 S1 n6 \+ b. ~1 m" }
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   9 O( a$ J1 q4 z. _' x& Q) P& D
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 L+ D- x% n5 t  N$ Q$ T7 h  ], r
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   5 ^2 c0 ?, G/ S' t
10. ...
    4 C$ Y$ Z4 G# P% ~: s7 q5 k* H, L
11.     while(1)
    4 V  p5 T$ f$ K. ?- [
12.     {
    ; p7 U' N/ [# ], Z2 z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    4 S/ C  v" [# Y9 o& ~" F& k% d) ~
14. ...
    
15.     }
    7 y0 D5 {5 a8 ^) z& z
16. ...
    ) t6 |/ m& S. s0 D/ r, a) w  t
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" \
   4 R4 ~( J8 `+ H. k( e) Q0 a
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   7 @. B" Y; Q9 F/ r1 Z% J
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   0 a4 C$ s9 M- L: A, y! L' z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     ]# ^/ c2 i/ S
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 I8 a8 E! D. l( e. C( m1 U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   " W$ n' A$ s2 `  L$ u
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , F! ]/ ]' ^0 u9 ^% p0 N
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' w; C( ]. j2 x# R" N. q
17.         return;
    3 C8 j1 b1 X. e2 J4 T8 }
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" \
   , c7 r+ C; ?1 \: n7 a  b
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( q8 |7 g3 W, k1 e: i2 z
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 B2 S2 D! \3 n' H  T
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   / M3 U% u  \5 C: X! v
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   + j9 t6 x2 E9 K# r' ?
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    * @8 }$ p; y' }7 D0 t" r
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。

7 ~, y& C5 v) o8 I: k/ P

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( o  d( k* U6 n9 {( ?" P- N3 l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ( f0 [& f1 m# e# s
2. {
   . \% R/ Z- w% J
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ( G2 c8 ]. Y' }7 A! l* h' p; w
5.     {
     H9 u) {' R$ |6 y$ D, D# }0 e
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 A! N' Q' S1 [/ X/ [% P% M
7.         return -1;
   * }& o* m  L! y3 w4 n2 F3 V: y# D
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 d5 H6 Y' ]% z! B0 H
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 H, e: J' q2 O- {, R6 n
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ) f* \0 R' H+ \- x& P6 {
13.     return 0;
    & A2 q) T1 f# {7 \' K
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：


; W5 _- \$ _( W: W

1. while(fend > 0)
   : v+ }( n0 t) F7 [& f' d
2. {
   5 G- \1 i  G7 \! s" n1 X9 Q/ v5 @
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   : w. ]; Q  W' o
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 w8 g( ]4 U6 D" h" [/ J+ t
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   # P6 g5 \/ M4 C" X4 F  ~
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   7 W$ [  j4 e/ a/ O3 V
10. else
    ( u. E) t# M3 [( x3 X, }2 P
11. {
    + [! ], n! s0 k* v. ]2 w6 R
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; i0 e( J: i1 Y3 `+ T" u" _
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / B7 g5 e2 I6 m% o' K+ S" f& y6 k& P
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 V- F/ V0 |+ o. i
17. if(sendbytes == -1)
    1 ]: a" M, q( E' M5 e
18. {
    " u4 p5 E3 k: e( H5 |5 g
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 r0 e$ F0 y2 n$ u6 ~% K- S
20. return -1;
    
21. }
    4 P4 h" k' w/ N8 a! e7 K) G7 S
22. else
    8 T* J5 z& {) B0 A+ D5 Y7 U8 W
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

8 g0 ^8 j. C: F' j* t! D, }) x

& K% K, C  Z" U4 `2 |
" \, f9 {- |3 `. r. z5 `& y9 ], _iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html