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

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

- G& r2 s9 [( {& n! _

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。

3 S! F* o8 D+ [* F: |9 z

5 c! L" G+ n" P! p) l

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。

8 A* m' }6 A. D- s% }: h/ e& h7 d3 ~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)
     U* N+ z9 B8 L! d: \
2. {
   ) U  {" _7 B, G' ?; _) U/ N
3.     struct sockaddr_in servaddr;
     @+ K! f  m( I& }" T
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   % {* F& p6 r, s: c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # F& X6 g9 K3 i6 `( v/ _  Y, m; C2 |
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    : w" m( z. u; R# W
14.         }
    / J' j/ Z6 `% U% U0 ?
15.     int on = 1;
    5 E- l5 R$ @+ s2 ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 s3 e8 F( \% C4 o  ?% n& P
17.     {
    1 n1 T9 b; E* H- Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
      R+ B7 b5 Z' z: |3 H; [! m; H
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ( T& {$ n% S. |0 F. }* b5 h4 ?
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    7 Q, G  g6 \* [9 W  g* k( t
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    7 I2 ^& a5 ?  P, w$ J
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);
   4 k$ R6 a  w# ?' U0 V- x+ u
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   3 n( V1 u; i0 k# [. w
6. {
   9 j; o6 t2 J2 z6 U  h0 Y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; d' B( y. n- z2 [
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    / Y) R5 U2 L# M7 K! R0 h: ?
12. 。。。
    + ~4 ]$ V+ T. m  ^
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;
   2 }# [0 o  b# G! J# ^
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 [5 L: {7 R9 Y  P/ b( ?
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ K: l2 P2 A: o7 D; o6 p9 D- C
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ! l& D( ^" n+ D8 }
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)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    # `1 v& D! o) P( q' X/ E
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;">
   ' i; E* ^& S' v  F' Y
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" \
   5 Z% n4 ~' Q& T$ ^- y+ v
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   $ l0 j" ?# Y0 N- a
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - u: _8 l: X+ \' B5 V' m" M2 p, `
7.     printf("preparing header\n");
   ) v4 ^9 f1 p; t; K7 O
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 T. ]. V/ _  N7 p6 U: L- ]& N) @5 h
10.             STD_HEADER \
      O. V' h  s/ _+ U% L. U! R
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " |) P9 `/ F/ h. Y4 i5 g
12.             "\r\n" \
    # B; I  L( z6 w( w+ E
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    6 r$ w' O2 [# ~  \
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    $ y' Y. |1 D  O$ t# E
16.         free(frame);
    6 j- g8 p" A  o8 x) g8 F
17.         return;
    6 v% s2 m" M) i
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" \
   1 H* h8 E) t/ x0 M
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 Z- y- d/ \' s  C; s
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . p. j9 }6 F: @$ X
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( W( C7 `1 G/ x7 {5 r
10.             break;
    5 T5 j( s% s. U3 w- M  ?  K) ^) h: T
11.         printf("sending boundary\n");
    5 D+ y% ], X) P$ m5 e/ q, S
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 i! ^# V0 S* w: x, n5 |2 E
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。

2 i( f9 e+ y2 K* @! z' F# J

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);
   : E1 h, J( V& p" S4 F
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " u  E7 {9 }* m% n% u7 q( b
7.         return -1;
   . ~  a9 B* L# \- w! @7 ]4 B2 H) @
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    & a- K2 G9 x* ~' @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
      Z. ?" z/ f  |' D- p
14. }

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$ k  |) A5 ]4 l) O7 B2 O! e
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：
5 K" |: p1 x# k9 z# A" d3 @

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! D# B! f* o3 l  r$ B- g; Y6 P
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    5 W/ R9 ?4 l) P" ^% c2 s: p& E' d
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    " l# R: V% ?' t0 L, m" F: R
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    3 z: J( D3 s6 g2 l2 S, F* |
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    / F2 p8 g+ O% o! v0 o) y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 e; m  l8 W1 N& q, X# P4 d: b
20. return -1;
    . n2 g4 f- W' N) A" S7 l( G
21. }
    
22. else
    : e$ q5 R6 C/ ^; F5 G$ a; ^4 S8 l
23. {
      }# ~0 b. Y1 p' z: F% w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    4 g& d3 t0 ~8 D7 G" U- y5 L) O( Q8 z; N7 I
26. }

复制代码

# X9 r# Q+ J1 N" i

8 ^7 {# n% @2 \
, M/ n2 E* {5 u0 A6 a$ KiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html