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
6 T. Z( h- p/ l+ 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。

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。

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);
   9 K. W* i$ Q9 ?3 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     u$ A% @& N9 W
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # S9 D1 `; M$ O; g- Y0 ^0 a9 S9 d* f5 y
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) I& u$ \6 q2 O7 G
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    , a& l% d6 {' T
15.     int on = 1;
    ; j- l4 U/ _2 R4 K
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ B4 N' b, F7 a; ^; P8 W
17.     {
    + P% Q! W4 X% |* s, Z
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 T/ [( a' l! t, K
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " b9 D( A! s1 P# H
24.             return -1;
    4 M: _) a: K8 j4 H) O/ j
25.     }
    + N, a) R. p3 a. ~0 o: k
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 S' s* K9 i" B
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 J( M- S7 G9 v# N
29.             return -1;
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , I6 l, d, {7 s  j% O( Z( x, b
3. {
   
4. 。。。
   5 F- c& L* {+ X; r
5. while(1)
   
6. {
   . b" `" r% ^! P* R7 o6 S0 E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   $ K3 A! N3 [* E+ F" I7 }: I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * N7 N; q4 f. E0 s! `
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    $ R( L9 Q) H9 n! c  L1 p
12. 。。。
    * `! r* a7 D, x/ p9 a+ P8 N
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;
   " o. U0 y* J- _4 a/ X. u
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   $ V! b  ?- |$ E1 ?  i- @
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & e+ E% L8 N7 m! J* {; Y8 Y# A  N
5. ...
   + r- R: P1 |! j( H0 N2 d3 @
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
     L7 ]& ]; N* b3 l# n3 M2 {
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);
   0 E7 y$ C% M6 @, L( j
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % h, h( s1 k1 B' m' V
14. ...
    
15.     }
    1 t1 [% U. e1 g/ t. v  d
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;">
   7 x# ^! g/ m0 b( C- [6 W
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 [* W* t; c- V; G7 K
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" \
   6 J. i, N1 m9 j# S- e$ v* b; O
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   8 p: j6 }: [! N/ U. s2 }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 U, u. f  ~0 F9 \& V" E
7.     printf("preparing header\n");
   
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" \
    / C% `& V- E, Q$ J" ]
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    $ t6 h$ }' `6 ~% {
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! q0 [/ j4 i' {% s
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" \
   : ~- ~, Q3 o# a
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " W" S) b2 S+ A- p1 ^4 A+ h; I
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    4 F. y: x5 q5 o0 \! K
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      B6 D; R5 E. k: r3 f9 R. k% D
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。

) p: X% x' P! ^: O7 A* L2 _# ^2 C

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- q3 b" o1 R5 c: p& r

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ m1 f& B- l8 f8 f
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   4 D$ b4 Y. W. w% r. T% H" P
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 L. @- N: X2 w9 u1 \* l
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * F6 Y0 y( V9 M% L: i" i# e
7.         return -1;
   
8.     }
   # n; h9 O1 t& A, B& H
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    " M, L, ~6 d& I+ j4 k
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' J: Q" e+ a& k$ L, J" o
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 Q" }) {# _; Q$ [% z5 k* J9 N9 q/ M* I
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

$ \( _7 I& M6 Y( ^3 Y5 h3 I
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)
   3 O; v: u: _  p
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 M- U) R$ P" R1 c# v
6. {
   9 u0 X8 W- J  c. g* W. P/ I
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   % s: ~, S3 f4 m, l" P6 W1 `
10. else
    
11. {
    * f0 q; d! B7 I2 s
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ! H  `; A6 K# {; r' I0 V: P
14. }
    / v# ]' B" M- e+ Y" u3 O- c$ x
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " u- Y& @# B2 m# _# _/ B
17. if(sendbytes == -1)
    / O, H7 Y2 T# t' m& e- L# D
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ' S* L; y! n5 g( B' P; p
21. }
    ( k) \- H" U; d4 @! J( y
22. else
    9 d$ J% G3 X$ f2 f
23. {
    . h( z" m. R* ~* O: R1 O
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    $ ?/ Y& ^7 r: C, N9 P0 b
25. }
    , n: I3 E  }; m
26. }

复制代码

$ h$ g. }; C7 T" J
; \1 n+ u! J/ |# g- e; |; iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html