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

5 X$ t9 B6 V, T( J

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

/ n4 ~' `# ]- |0 M! k3 X

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。

& b5 a- t$ ~5 w4 w& E1 n4 t* v8 Q& F) i

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。

  
  9 N( a' g1 F- i4 N! T

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。

$ m- U3 _* Y  O* ]5 g- V- H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. {
   , G  h' s- A" }# G* _$ ~
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 `, Y1 h+ p7 V
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " e- d. G& W& B3 R1 u6 X$ [
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   - |, z% f0 u' f* `& x7 ]' k" P$ L
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % g* l, J, y8 A: A7 m
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      h/ y, K6 |' m: K
11.         {
    6 J- f1 q8 A, q, A7 O1 n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    5 Z& b& X' x. s! p7 G. Y
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 n% c( ^/ }5 L0 t4 Z  T2 u. |
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    1 l; q3 L" Z, q6 b0 ?
21.     if(ret == -1)
      O6 f( m' U+ V, K
22.     {
    + \6 {; d$ L4 ]! a# n. \
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " q& |7 z. N6 j5 f
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    * `+ [# ?6 |1 `' X& {3 r( E* o; b
29.             return -1;
    2 U3 U7 j) Y/ i/ i& G; r
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . \: Y/ R) M8 {9 g. c6 D
3. {
   
4. 。。。
   7 t, v: i/ K  l- E( ?, t% j
5. while(1)
   
6. {
   ) }! I+ T) w3 ]7 _- g$ @- w) p
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   " C7 ]- Z$ i9 l- E
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    + v: m' a. B! r$ @4 H3 A- [
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);
   0 U- ]/ D, u* P% a! J
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   * d, b- v$ b0 f, T0 C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     z& ?7 H: g7 k+ z# U
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 a& j$ w3 \6 y2 q: H4 ]3 C
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # O9 D6 _( L* l* D, @
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    : S2 H3 Z3 r9 o, [) F( x
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' M: {4 {4 v$ u3 n  L
14. ...
    
15.     }
    . b/ I9 `2 U% b" n3 M
16. ...
    + a5 q% X, I9 w! E2 v$ z2 i! P
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;">
   ; \; _1 Y+ `& }- E4 s/ B+ m
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" \
   * k- k5 n/ h4 g! p# V
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   / C- U$ {6 c+ f- Z* Y3 h" ~7 z) x
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" \
   & b  r, @  t! j1 {8 E
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 j1 q! H* c* g: `. u5 d! h
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    * u; t5 k: g9 R2 Z# x! K$ t
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    : a% V& P, }; N! A5 J
17.         return;
    & ]$ n  E2 w( }' m) q6 Q$ i8 Y7 M4 F
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);
   $ @7 m  t0 B2 _, N0 Q3 r
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ; a# {% Y8 l7 }, m5 T9 b5 A
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - J- t, u, }5 ^* n+ o% ~
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ }6 R* B+ T0 h/ b( X, v
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # |+ c8 t7 P9 R& H
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 }2 |. }2 J; |2 R
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。

0 u. H$ N5 M6 O% X1 z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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . c: F& t" l' W7 e
4.     if(*socket_found == (~0))
   + J7 E, w: {* k% {0 m
5.     {
   $ k: Q# Z8 D9 T; A0 ~# ^
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   , E8 n/ k% H9 H9 v
8.     }
   ! p' p+ q, m) ?  a& @( b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % [1 O! e! o8 x) }( z. Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! ?- H# V4 k- g# t5 \$ v% ~
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 G- @1 T- U4 ]9 a; b; R$ s- \
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ; f0 f9 z$ |4 i) V4 e9 U
13.     return 0;
    & u" G2 }8 }& ]8 S: K
14. }

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$ ?  d- D3 Y9 y4 j  ]* h0 J
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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' s) \7 T: p% Z3 l/ q$ ^+ N! g5 S
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & j( G. j( L7 O) s% S
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;
   5 X* ?# C; G  @5 n7 z7 ]% j: x* {
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      |8 W0 G. ], m, o
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      r& ~4 ^) M, E+ }& j1 k
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( ~1 p  T+ t3 n* d$ D
20. return -1;
    
21. }
    4 h5 k6 p0 |6 N- u) F
22. else
    $ e1 X/ m9 E3 n% L2 G1 y4 w% k; U
23. {
    ' V  i. k' @1 Q! c% A: j6 d) H7 M
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' A# @! v# \* p* d+ Z. W; |& M6 {
25. }
    
26. }

复制代码

6 l/ r% v3 |) C1 V2 E/ _

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