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

" c7 e( W' [' w+ \

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。

. N3 U- a# }3 @) ~5 V

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。

  
  % O: M# O6 l6 ~0 H' Z. K3 h

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。

' V' v5 n4 C/ U" p/ |" g4 h9 ?4 p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)
   / t! ?0 s; X( E- v% U. E6 b( |
2. {
   4 i* V" |8 ]' a% [$ I* g/ U
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 R6 z4 c% t- K; V, f% X3 q6 h
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * a% F6 a& B- W" k( L. B& @
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 ~! o; a7 v' M  O" n& x
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);
    7 l# G: a  K; S2 S9 y  @0 G& B
13.             return -1;
    
14.         }
    " a" `5 o) O- P* p% J- l" J- R/ E/ z
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    , @* l5 [4 _' O0 ^: m
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % _# W" y5 b. I
24.             return -1;
    5 T% O1 }% T) l% ]8 O
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ( X& v+ V9 F, i8 @5 d3 [- |7 `
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    3 v! A3 p  T$ A' A( c- @
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   6 ?  K/ H$ m0 ]# D4 }; p1 j
3. {
   & r4 M0 c: f7 z8 W* g
4. 。。。
   5 R( k+ L- ]) j9 p  y/ R3 ^( `
5. while(1)
     b6 M/ P* t5 F; u
6. {
   9 l8 l! E, D/ }: }0 H
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 B. B& _2 R) Z; k4 _
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , G0 I$ L: b6 j
11. }
    4 M$ ?. v9 F1 \; w4 z
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);
   - m- E# B+ E: ~" G
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 `& c( N/ G) f1 E6 B/ x
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * R2 m0 V2 t) d8 T
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 y% k: w( j2 z1 c2 Y3 Q" B
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 Z/ K. V* s' n2 f5 U
4. {
   6 d) ^) E" K' K. F5 `4 q. x6 \
5. ...
   ( ^3 i" s, u1 ]2 E6 |* [
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . N+ z! b1 j+ `: N% P5 C
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);
   % o/ r) U1 s. @& b: r1 P0 M( ^
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    7 F. p9 A! A% a/ t2 d5 ~& u
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 {' M, o9 C. l0 }8 [
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ( Z6 G- t8 t) [* h* X
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" \
   & x# O1 a- H+ ~( C9 S+ G% \1 A' q2 |( @
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" \
   * c3 }* B. |& Z+ G/ q, I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   5 X" j0 u( ?5 i/ V6 F
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' u8 j" a+ L' E3 G! p% _+ a, s
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; c6 R- E0 B& ]; o  B1 H
7.     printf("preparing header\n");
   ) r9 q/ G# `" }% k6 ~
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   1 I8 }8 z  x8 m5 f1 ~# J
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 }7 V! I# G( a) a" c0 K9 R
10.             STD_HEADER \
    , Y5 V' a6 }8 q( Q& H5 m# K, W
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    , h: [! R' |" d0 b
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 H3 o0 y& @0 }6 {9 M; N( _0 @
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    5 ?% O" j/ Q& a
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   6 J; \1 p* p& U* C4 v4 W
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 ?; o+ g9 L. Z2 F9 Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 l" R& ~7 Q1 |5 ]
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   8 E- d  O- E, l. a
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   4 r) }: X$ M9 ]. w& E# A
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 t8 E; j$ X8 L3 I8 x
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * e& X  A! h* y5 q1 s
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。

/ M' @% u; `2 ]  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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     d; p6 B1 B2 F/ Y
7.         return -1;
   , x/ }7 |( `5 _- N: J
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    3 ~; X5 z% Y, a/ `+ k+ \) ]
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    2 {0 H% j" z4 i$ i2 G/ H2 v6 w
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：
9 q8 k2 {! V+ W, r; J  p5 K, l
" g& V6 y4 C- U& n5 v
' q. \* I9 g5 \% f, r+ K! [

1. while(fend > 0)
   & X! l3 L0 I% G) m  v/ x& V
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 f/ e# ]/ K- b1 f9 M
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . |+ |1 _9 w: r
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   - R0 P% j. d' q0 W
9. }
   . m# O* G# M9 f: X6 ^: T5 P# T
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # c' `% o& f# m* d6 G, g
13. picture.fin = 1;
    0 _+ U, y; T  A0 q8 t' K
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 b6 w/ g( ]  E& _+ s# ?: D4 Y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ Z% _4 e  l0 k" N
17. if(sendbytes == -1)
    : [' `: @" c5 B0 \8 ?* @
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + \- [' [# B9 k8 Z8 ^( ^/ g' I  }  y
20. return -1;
    0 [& V" G1 I0 w" m$ E
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      u4 J& i3 j0 R+ i0 Z) C
25. }
    6 t' V1 y% K- B
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html