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

* M# g# b7 k" n) c
5 v6 T( G3 g5 F0 ?& y

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
8 E  S. k& }2 Z
6 n9 u+ g6 w+ e" @5 m; C% S

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。

% }4 Q: I* O9 N

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。

' W" D9 w7 s% w& U5 Q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)
   / s0 y% d: O& ^: k* B  w
2. {
   . {" ~" X* E% l' G# J
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + d: H5 |6 a" Q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 y( f6 Y7 z: `* x0 E9 f' ~
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' Z$ t& V; H- T9 c/ j. r: |
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    & ?. a# L9 S; J
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! E5 v9 X- P1 X; Y3 T
13.             return -1;
    + N8 {! p! O2 K) d* W" B2 e
14.         }
    
15.     int on = 1;
    9 C! |. e6 ^1 k0 s& ]  C9 Y9 C
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ) }2 N+ ^5 C4 G/ p. B. Y8 {+ j% G
19.     }
    ) a& `' ^: V4 Q) r! O2 W2 m
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    5 @5 t+ T  c3 v, O6 x; `
21.     if(ret == -1)
    7 s- C$ m% z2 A6 [& ]- f
22.     {
    5 H0 K/ v, O9 d+ r4 Q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : I+ k' E# Y2 ]/ s5 ^2 {
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    4 K- f) b: A$ Z$ U- k
29.             return -1;
    
30.     }
    / \1 Z+ w7 e* w! n1 U5 u+ i% ^
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);
   ) k7 W+ {; i3 N- ^) q  Q+ R
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   $ d5 O3 y+ Q6 j3 [7 Y9 Q) A- b6 `
3. {
   
4. 。。。
   4 ^/ J& Q; \- f1 y
5. while(1)
   
6. {
   9 D: s: W' a3 w- u" K- H' P
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . q) d8 {" C# O# `3 `6 _
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 c5 z  A% S3 v/ I% I
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # _8 Y' g" Q4 @! j, W7 m
11. }
    
12. 。。。
    $ T/ n6 G5 I. u  q
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;
   9 d* R- S0 D: q9 f" v) B, N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! `9 u* z' H" j% L/ M
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. 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);
   - V3 T- L% z5 D
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . u0 `* S: `- b* A- U! ~
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   & Q; O6 d/ f" d* p% A# r, `
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   8 b8 b! }, L/ O  P1 V
10. ...
    % t1 v. {4 v; U5 }
11.     while(1)
    
12.     {
      ?  s" l1 p$ e
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # b1 `  }2 L) D1 B" G& I+ h$ f
14. ...
    
15.     }
    ' f. N5 T1 @* X7 l! i& w4 g
16. ...
    - {' b* L& e( i$ u: \) _
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;">
   . ]$ Z* P/ x0 ]4 K! R
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" \
   0 o& _- X( r. y. r
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   & x& G' |4 ?# R0 U
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 h5 v+ K, h* E2 o4 ~
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 D8 `8 h1 }. R' [
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * ?' l! r$ l# E
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   , g- _0 r! D3 z
10.             STD_HEADER \
    8 a, S- k! |7 I! X5 Y
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 n7 p+ a( k* o0 o0 V
12.             "\r\n" \
    9 L% i: J3 d, r) P/ J8 B
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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" \
   7 w- w. x3 Z8 n, B( j2 S+ C
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   $ ?( a! L, W# m' d
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & `# {7 s% H1 A. g% m% @
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   % d& j' n: D8 i4 c0 y& }% w
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   % q0 h4 m, P& P
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " x2 _- @) X7 e5 r: `
10.             break;
    " Q. X$ `# t/ Z5 M2 Y
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>

复制代码

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。

: Y- b0 R, K2 ^8 M/ g' ~

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. {
   , }* u/ r# z; J% u% C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   # M$ t& L2 G1 J# D
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) E8 x  t% ]/ r# ~  T
7.         return -1;
   ! ~8 |7 w9 y0 z  I
8.     }
   : ]9 d9 S0 R/ f; g7 n
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + r7 Y) D) V3 Z+ P; V, E/ i+ U' ]3 h
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 T. A& Z2 n; _3 Y. ?$ H
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    8 f! o* s( C6 I: M
14. }

复制代码

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：
, q( W* e4 h: X! s

1. while(fend > 0)
     q; o& ?4 m3 W
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( T$ z6 z2 r; }$ ]
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    " f/ a, p5 O7 e, u
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)
    - H# M, r* x  R# w
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 L6 L9 l# u% t' t. X- N1 h
21. }
    ! }- }  i+ s4 p, b* z* }
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / Y5 G4 q  X5 `# W8 W6 D0 U% [
25. }
    4 l6 q. O8 w- f- b/ a
26. }

复制代码

/ C0 R" I. x: N. C" Q0 M

( I1 r) v8 U& t7 j6 b2 x: |iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html