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

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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

* n' D$ ~/ O$ E" q& G+ g

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。

' s  Q1 N0 a7 {6 D

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)
   9 N  v( P/ a, S% R1 s8 m4 F; ?" \
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # k' T: f% f/ _$ m6 P
9.     int ret;
     z; |  a* R$ }$ l. r
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; D; i8 C3 [, w8 S2 D
11.         {
    # C, d, X! t1 B; \5 l+ l8 j
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    8 x, ~6 }/ ]) I) g
14.         }
    
15.     int on = 1;
    0 }' Q/ _% S) E  s* i
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    # ~4 @7 V" q3 m; c* R5 E
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( |' v. @- W- l. e1 @/ I
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    4 ~( N% {& [! |6 z0 w
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * e# b6 x$ Q7 W/ z+ d& L( P$ ~
27.     {
    0 P% o4 A' u- J% U- _( T+ I% c
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    3 p" G" V+ |7 b  h0 D# K8 ^
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)
   / o2 }: U5 R) E0 v* _
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 \9 t, K: S  E9 `9 ^* O( M/ Z
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ w. L3 A% k/ [+ G7 E
9.     。。。
   ; }: N6 T2 _3 o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . b) P$ \. ^* ]  h. @) E7 ^2 l
11. }
    7 t, @' U5 j0 O3 b& h
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ) I1 D9 o) B$ L2 A! 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & @2 o7 [. J  w$ b. R+ K
5. ...
   ) v( \3 V- i( J
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + ?# K* v( C. @3 Q, U/ p; F
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);
   8 V" c- Q) t# X  U) \' g- [
10. ...
    
11.     while(1)
    / S; O$ H  m8 h' ~; U
12.     {
    " Q9 A% V6 P$ ?# E: r
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      U/ V- e' O) N7 r! }- E% ?8 M
14. ...
    : z; X1 x  R$ X& @2 a# D+ }
15.     }
    6 I. Z+ H9 {. w6 u  c9 [
16. ...
    1 z0 J9 h  j7 c
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
     c( |6 W+ Z4 f
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   - X9 f3 p. P9 ~" {" t) H
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' {0 Q5 H/ W6 e, W8 j# ]/ }7 ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - `5 A, S3 {3 Y) r8 P
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 X- b7 u2 L, S  P  ~
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 q& p# ~3 @6 `
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
      V- @/ ]- `3 ^/ g8 c
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 E7 [; _* O6 V3 z! e
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 d6 j2 [8 d9 ~: c) T6 E
15.     {
    : P7 [' w" X/ r) ?1 E
16.         free(frame);
    
17.         return;
    5 V4 f1 B/ t( L7 T8 M  F0 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" \
   0 w: O' E% Z% }5 Z; q& H
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & J" J- K+ a2 O& G) B
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / W1 J' |  R+ `: N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , z: P1 B0 F6 w: S, H. V" M" `) l& U
7.             break;
   2 j5 n; v. S9 @5 z; r0 ~) B
8.         printf("sending frame\n");
   1 \3 e& s, B* S2 R8 |6 h7 ~
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; u  l' e4 w  p7 L, Q% O9 r
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    - @* f$ V) |  Z" z% ~
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + j- m, J$ `  s/ X6 T
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
" Z* Y! l& j/ g& e6 K

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   8 S; b& {' z: V, w% K9 j0 l4 j) x  r
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 r( l: e. {& {" B: [0 U& F
4.     if(*socket_found == (~0))
   : @: A5 n) P) v
5.     {
   3 o  a; h; @, ?- B* K6 S# s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 [) ]1 O* t' r0 _: T9 Q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

1 Q+ j, l. }& ?5 \( O) }
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：

* f0 ~+ Q! |/ F7 b% k7 X( U% F8 G
. A% W3 J1 `" l) K

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)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + p; k- S; {6 j  }
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    % `+ [: \' O8 l8 N. Y
11. {
    % h7 E6 ^; Y# T3 l
12. picture.length = fend;
    ) }0 `- \) M: u: f/ R* N
13. picture.fin = 1;
    : e: S! f% e( M. p: h
14. }
    / W& Q+ l# q0 E6 J2 N
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! v% U8 V& t/ t  v
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    & x& m  t/ X" [/ g7 D( A* a7 F: P
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 O9 ~, Y/ d* V
20. return -1;
    2 e4 D4 ~) g! |9 q4 K% ?
21. }
    ! J* l- p4 m2 a5 D# c7 N
22. else
    0 z4 e) m( C/ A6 q: C* C5 w
23. {
    ! a: j6 ?1 h! a: _9 G
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 X; }. P- R- H- j% D
25. }
    $ a( `+ {) Q( m" j
26. }

复制代码

4 s% K4 X8 {& [
: H, ~- x4 X% b1 B! ^0 t' `$ v

9 A7 T: B' w8 V1 \& v  {iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html