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

% E. W. _$ Z/ D2 x! M% \

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
$ J( Y7 k% W. d; ~+ s2 N0 [. E) F
4 w/ ~2 m; t0 }8 i' 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。

: r8 `' W& x  u; i  j: |5 Q

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
+ h; W6 T. U  ^

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. {
   - w) ~% t' E' [& ]8 g5 b3 I
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 E4 l3 m' Z6 e
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " R+ R  H) M' v% J
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , E# t% [) U7 x2 Y" H
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   # `8 \+ \- d+ y! k5 ~3 B; i# W/ y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 {4 n6 T3 S7 k
9.     int ret;
   ) v; L' i- \5 n3 J  }" B6 [9 p
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / k1 W" X, G" P5 d4 D
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . E. A( B2 @! i0 g; P1 Q7 h
13.             return -1;
    3 S2 u) q% q+ W9 c/ T( s, X
14.         }
    $ n0 A3 L- v5 d5 V% M) \( N
15.     int on = 1;
    5 c; N, S" c+ U$ Z
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    # @$ g5 C; {) y
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 }! v; w% _$ F% E# h
21.     if(ret == -1)
      o- ]' L$ t: \1 R
22.     {
    9 p; K$ c# k' r0 @5 M
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    3 v; I3 R# H# D# D6 _
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " X1 h, w* Q& q$ V! n
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    7 C1 t0 M, h$ n8 t6 g5 z# i
31.     return 0;
    1 @1 g7 r: Z; 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);
   3 x! _/ j, F( ^# b7 Y/ _# G1 }. f
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % |6 D5 c. ?4 N0 y: o$ c
3. {
   1 p0 r; }9 J8 H( v
4. 。。。
   0 U* w' z5 ?" [  O4 U. T+ ?1 z
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + z& D* D( l$ l
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + q! f: H8 j' s
9.     。。。
   5 e& ?( ]$ {2 Q6 ~. Y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    - v+ }. e( ?" L" f% c( N
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;
   0 J' J' r! J. V
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 f2 L) @' _3 i
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   / |( S4 X) W; A: H4 X
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;
   * Q! p; Z7 e' p' y) Z
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ) J& F% _! N$ z: l
4. {
   
5. ...
   ; z# P  I) t  v$ [# |. n+ c8 C
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + B! p% q: X  }* }1 M, k9 ]" w
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ( _' T1 a* H$ y' }$ g- ?
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   + I/ [1 I+ X3 e- g8 \4 A; S
10. ...
    - X  f4 {2 l' v, ?' E. f7 x
11.     while(1)
    
12.     {
    # N8 S4 Q9 N6 I2 `( D
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ( S, f( H2 R9 |  L5 K8 F: p  L
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. </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" \
   7 A% c" L: n; z. }
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   9 M+ c7 r  v. {* ?! v7 Z
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   1 C$ o5 L; m4 Z8 r1 O6 G: T9 j
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" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! N6 h; |2 j# e% ^: W+ J
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    $ w, B$ h- {+ z% [6 ]2 }4 J+ L7 u7 j7 o
16.         free(frame);
    $ h0 f+ `' o# t- ~
17.         return;
    " }2 C0 I9 I. H
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" \
   6 _. w: X5 s$ r8 f, Y
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)
   ( c1 p7 k5 u6 @% t4 W! y  Y/ L! J( Q
7.             break;
     [3 h. w+ N, F  s6 S: g, P; a
8.         printf("sending frame\n");
   9 J1 }. s% _8 ?! o7 Z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 w* [5 U0 Q; H. ~/ Y% o& ~3 j
10.             break;
    3 e, @, {+ u3 W/ j2 O
11.         printf("sending boundary\n");
    2 M' O4 p2 Q: i# E6 `  |
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 Z( G1 s! X3 L, x$ q$ _
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。

/ z+ V! j# g4 p& e5 F0 x. }9 l! y" H

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)
   , D& `: R# F% X
2. {
   4 ^3 d" `0 ~& d6 B# I2 L
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( o5 H( J& ^3 i, r4 O
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 q# V3 P: d! R9 e5 z* F9 D) F
5.     {
   4 E9 p! j5 ]) A" \* V0 B- l
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 Z, u% c& i" k8 R
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # u$ l! w, N, Y# b% A, u6 H
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % c3 u: n1 p/ ]) Z. \0 [
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    4 L" O  Z* ^# F1 |$ b
14. }

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( \; ^' A- X, Y1 S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：

+ F& V' E0 h0 i% m. z

1. while(fend > 0)
   7 o6 L7 c/ g& ~2 m
2. {
   - q6 O8 i2 `5 e( K
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & d  u# g' V2 L0 A
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;
   , h( [/ g$ U) }- |9 j9 _
9. }
   
10. else
    " J8 q' i4 ~* t# _+ w( i
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . f+ s  o* O3 C) d/ R: h
13. picture.fin = 1;
      j; `' W. W% U# d' v/ k9 H% I" Y
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 X: _  X( z3 o  }
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # o/ p) _1 H5 ]  {' M, w
17. if(sendbytes == -1)
    + y! c' L! n, h8 Y. x# t' b  {
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ x0 X3 u- c0 F2 L) Y7 I
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    2 s1 e$ \1 ^/ C
23. {
    ! v* g% e2 J' K. ?7 Z* B( g
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

! f2 }9 O: n; V# L* E6 t+ E- f

& ^$ r' g  z& s( H8 J: f# K7 KiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html