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

0 ~0 R/ P" h: a$ l' d. \

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
# g7 e9 e' i( x7 K- H3 P5 l# {  m
9 z) m' r( Y& [8 ?! ?

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。

6 W( }8 }; u$ q& C

: T2 a6 G  U: F7 F* c0 t8 T% b& C

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。

  
  : L4 E  S; f! |

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。

- |$ ~) n( J; p一、HTTP网页服务器
6 G% c; ^! e: g, s) e

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;
   2 x" h; G: N9 g$ D4 l7 I7 L% h
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + f. Z/ `# l* C, |7 \% p( j! M2 t
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , O' ]# u. x3 m# @
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( T% z( E1 [" l
9.     int ret;
   " Y5 H% N! c( Z% B7 I- I
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ; P0 W0 r4 S$ o7 @, h
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # A. d9 ?7 C. }7 N8 c; v* u- ~6 p
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . J- ^: ~. V" ^4 V: e7 `
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ( o% ]; D2 z! z6 D% t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    2 L+ `/ u6 Q, |( F8 I/ U
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    4 ]& \! J2 K& U( m/ a
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 y6 o# ~: i# U, @) N
29.             return -1;
    ) A1 J6 r& p) E1 T2 @+ x" n3 h
30.     }
    
31.     return 0;
    ; m: I- T  C" K+ s! d4 A( [4 g
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);
   ! {7 U9 J) k5 u% P4 q; D( i
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 U$ N$ B5 q2 X( n
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ) ^* U4 J3 \) Y' h3 d* m
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " O0 K( c4 s& p3 ?% p  L
11. }
    
12. 。。。
    - p* Z! h) F4 N7 L
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);
   # u; V' ~7 J$ B$ q
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ( ^" u- L0 b" m( ?* Q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 L1 }, A' L! i
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ( e& f" H" F- R9 {# m- E7 e
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;
   6 D0 o; D. |1 i; l! e% U
3. int main(int argc, char* argv[])
   3 k9 |* }1 p! j
4. {
     [2 ~2 X: Y0 @+ b: A) E8 [! b7 a, V
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' R  N: g% Q% Q: M- b% r
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. ...
    
11.     while(1)
    / A; D- w4 q* `( e3 a4 H! x/ M
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    " j) `) r( L5 K% m* d0 Y4 B  R) O
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;">
   & Y7 k) K- R5 ^* ~! ]
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   & r7 J4 p: F4 I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + e' i# ^) f8 ]" K* x- A7 K8 ~) ]
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * l5 G5 ]. \9 X# T3 Y, `
7.     printf("preparing header\n");
   + k1 C! t! U/ d% I
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" \
    ' i' }: x2 c4 {: K
12.             "\r\n" \
    ; y) h  a& T' C0 L4 r# f5 C/ R
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 b; p, k* H3 ]5 I% j' p; C! z% S
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);
   4 Z1 c: U/ j* W' ]2 L9 n1 x6 {
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ; ?! v; [" c2 \* E" [/ O
8.         printf("sending frame\n");
   1 {% @* q5 N0 o! L
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : v: ^2 E( x- e& t% w
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。

: c" n3 ^2 W) j

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
. ?7 I4 p9 F, Q  ^5 m3 R

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   * f5 F; w. K" `: t) Y5 q8 P. A
2. {
   ! e' k4 X+ O. `$ J1 a
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   - `% Z; U; a# e( o* O  Y+ |8 j
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! F) m8 n6 U9 G2 d  p3 R5 |
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   9 A( A0 a4 H3 n; n% Y" F
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 F  ~/ J* G$ k" `4 I5 A# E" D4 C
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 K- z! z  h- f. }- r7 X
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
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：

1. while(fend > 0)
   6 c( O( F" L' B* ~! W: ^' v
2. {
   9 x/ }# X# R- o2 J% z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 d% f* G% R! L6 K$ e  w
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 Q7 C1 u  |+ z/ w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 J$ s- o! Q$ A- [( p
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % [, q8 q# p' C1 q; G0 A
8. picture.fin = 0;
   ! }3 }+ o/ _* z5 S
9. }
   / E6 K' M- L, u$ y" ~9 ~6 W
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    7 Q9 ~7 Z' v& E5 w/ \) Z
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # N* U9 r' e1 t& f
17. if(sendbytes == -1)
    8 `9 E2 Z% P4 m9 D+ ]
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    : r8 K$ y5 h: G( v7 L  b. c3 o
21. }
    2 S# y1 s1 N; B- N% s- T" D
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

# h( g) _6 Z& d) o/ `2 ]& m
  x, t) g( r4 R1 hiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html