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

" s. P: A+ A, e3 G4 T. T

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
1 S  J/ T8 Z) @6 m. U1 y
, I; ]4 }5 N' e1 R0 f- I+ D7 K

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。

  
  1 ~( J; L& p/ R  Y6 N! a2 g

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

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;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 m$ e5 F4 U& j; w7 L" x  j$ v
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 z# o. G9 f1 \8 d# H
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   * g2 O8 i( p+ N9 a5 {
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 F% n5 H3 j0 l3 `* m
11.         {
    . Q; W0 x* e+ J; x. c
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 z1 Q5 e0 A# y) p3 O* p6 \/ t. I
13.             return -1;
      A  O5 o6 Z( A  P% Q3 Z8 I
14.         }
    : X+ u- v. X. U$ X$ o
15.     int on = 1;
    - k$ |% w2 o- p7 U9 N0 I0 p6 B7 I/ [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    8 ~  L8 a2 V' D% ]" F
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( L) r. @9 \  Y" y
21.     if(ret == -1)
    6 z% P* ^: p  b( ?- v2 a& H
22.     {
    ) ^% f: W3 i  E9 x( f  e0 b8 g- g
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + W# W$ q2 t: P; e
27.     {
    ; Y2 }* S; O. I) A9 \
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
      q! b2 r" y- Z$ p' j
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);
   1 f: X5 a  G( ?  J2 H. R( {
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   9 y# S+ _& |' @! y5 \% d
3. {
   
4. 。。。
   $ k  y7 X5 u6 F) _" \
5. while(1)
   6 ~' {; |5 P) Y6 Z" C% t
6. {
   ( x) R/ ^, K& L* ^
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   , v  H( B( a3 _3 ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   / |4 |; W- t" V
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    2 d2 L: |0 ^, |/ h: W- x; ~$ i# t
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);
   , F8 w; c" w1 r8 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 t$ f9 ?" K8 u9 |* P' k
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   * I' ?6 N+ ^# f' v, d- u7 V3 [4 i
2. pthread_cond_t pct;
   ( T7 T' |+ D% E9 s7 Z8 F6 K, J
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   , u: u+ k) I  y' X
5. ...
   " Y$ i5 O; k& _. U( }  T" M$ {7 A! b0 o
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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. ...
    7 S+ k: [0 v0 |2 G
11.     while(1)
    8 N: n% Q" `+ k/ g5 q. X3 T
12.     {
    : R- O+ R3 I" L. U2 D: s
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    * t" d% b2 v; k2 A7 F. W
15.     }
    
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;">
   1 i' K. ~5 {* V
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   & B" ^) Y7 @6 q: ?, F8 z/ Y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) j8 L3 {& T: ]; S
7.     printf("preparing header\n");
   . z$ E6 j4 Q5 x* D5 Q& q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' c* s2 Y% `. n6 V/ Q8 [: f! ~4 E, ~. V
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   , j1 ^) _8 U' B; f8 g
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    8 i" H! u$ O1 B3 W/ J
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 G; y1 u; a4 ]2 w  f! q$ ~
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ( o2 {; Z+ f7 I; N
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" \
   - r9 {  X, ]8 i. X3 e! @
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( I0 b0 j! q9 M2 A* B. ]# u
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 s2 ]6 H- ]- u% g
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / E5 ~8 y3 b7 s7 r* N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , w% H* I, V- _% l+ H$ w9 ~  r8 w
7.             break;
   / |. S2 R2 E: U: {) K* ?; u
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   + r. B1 S3 x- H7 S* S% L- p0 o
10.             break;
    9 j: }' B4 c1 F8 ?5 S/ D
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 J3 t# p1 Z7 a

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   5 ]6 ~2 r) ]- P0 m4 ?, z
2. {
   8 U# M  P- r+ D; F7 @6 n
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   , k2 A) v! _8 Q+ J# S
4.     if(*socket_found == (~0))
   : A9 O  ?7 u& t) \9 i* }
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   * E9 X& G) _8 D( P- P
8.     }
   4 {- i: k+ A# G1 k4 I( q' m
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - ?$ ]( V* E9 |( ]4 r
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

8 W% r4 W$ ~+ L, P1 ?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：

( h7 Z' c, a* D; r# S0 N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   1 u) O: E! J' G6 T7 I( N2 G
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 u3 O+ N3 _1 X( @- Y9 Q7 H
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   + ~. ?8 A' U4 O" s0 C& E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   5 K7 `: \4 \& d/ Q& _. y  X& E
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    1 q' T# k2 i4 \/ }6 Q
17. if(sendbytes == -1)
    5 r9 r( U5 y5 F
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    " D/ A0 z+ R9 x- W
21. }
    
22. else
    + u# K& }; o( r/ N/ C, C
23. {
    + n+ w0 g" I4 e4 |
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 U; H4 q$ t5 C1 x! `" X9 G
25. }
    
26. }

复制代码

- x, A0 X6 @4 R2 `! s0 Z
9 G: \4 |5 _" Z  R1 O% r; f0 TiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html