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

2 y) a4 F( F; [% M; D) t

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。

  
  ' a3 e1 }/ y7 G$ t7 R' e

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 L& u7 N7 s( }& C6 e% t一、HTTP网页服务器
1 r( B' m! q2 r; s" @2 Q

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)
   8 A- v  V! x* P' m1 J  Y& K
2. {
   5 J$ S+ B' ^" g3 ?4 ]) V6 D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 C8 M( p* \- v
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 ^- C  g- a7 M) O
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.         {
    0 z: c- t& O0 o; W. J. r/ n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    + e1 f0 V. _6 I/ h
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    & P, ~1 ^) c$ t: b3 a3 T. @
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * {: q# _" T0 t/ v: j3 a, O7 P
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 d, v/ ^9 }( @7 l
19.     }
    1 c# i2 A! }' `, F
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    $ Y5 J% [# J! N# D1 k4 q% j3 |, R8 W
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    8 Z! z! T/ p$ T; b1 K# K
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    % U/ C, }* y1 W5 }
30.     }
    
31.     return 0;
    - |( g2 u6 \3 A, M8 D3 A; m1 Z9 F
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);
   - E8 g9 e4 M# E) b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   3 o" Z" R$ {% ~1 P6 }5 z: [5 A
4. 。。。
   
5. while(1)
   8 v( A; M! E7 D! p2 o6 Z1 s$ L5 K  p2 e
6. {
   ) [, r. V' A- U. T
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     I: ~. Z# j- _$ f  Q" [( n( r
9.     。。。
     w  A8 @5 L+ @9 ?) u! E
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ! n: v( K, {2 ?" e# a9 S
12. 。。。
    5 Y8 Z3 z& G# {) l/ L
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);
   5 U3 V3 ]9 s- m; g& Z; r) X. D
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   - @  c$ P$ z, d9 P- q
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 Y- j1 u9 |1 v" w5 a0 `+ S  o
4. {
   4 N9 a8 H9 M; S! _( u
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   0 H5 d) P+ N# q# w
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);
   " l1 [* w3 C7 a! B
10. ...
    0 k' y. [2 u! o6 }) c0 R# a
11.     while(1)
    / H4 Y, Q9 h3 S! G) _. s6 _
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    - Y1 S& ^( X. X0 t
16. ...
    $ T  L% _2 y" p8 }9 f
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" \
   " D; S, F$ Q2 b% k
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 R, E; }$ Q+ K/ a; S( v
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   8 q6 x* ^0 S+ b1 y7 [1 K
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   : z/ d) e" Y: k5 e+ h. E
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 o' T$ q2 V7 l
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / m9 N6 J. E1 {" K1 d. L
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 V  C2 n7 Q, H$ |; U% K$ }
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( O$ C2 s! C1 G
15.     {
    ; E( C* r  f' C" C& B
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" \
   
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);
   ' B5 V6 H" y% H- c8 G  q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * l5 S9 z2 v2 K; ?" A- L$ `
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   5 d( F. d8 f; J9 b
8.         printf("sending frame\n");
   . l8 a  g# H  f% B9 Q( z% m4 h' }
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    9 D2 E" M' u6 F! }( I; v3 Z
11.         printf("sending boundary\n");
    9 B/ ]0 Y- I# S* v# q
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>

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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：
: k6 C, D) q5 L7 {

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);
   # e& u) ~% |3 d, m" R
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , L8 {* J' N+ l! _- m
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 C$ E; f& Y' g, \& }5 d- _* S
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 ]/ g% `6 I! O
13.     return 0;
    
14. }

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! S6 L! V: _: o/ u8 ~
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：
8 t& t0 Q! K; F$ X* T7 O
" P* A& p0 i, W( n3 C; ]3 }# e

1. while(fend > 0)
   
2. {
   " w( d2 E! M* P, c2 {" [3 o
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 J2 r! h3 l" C: q( A, L; ^
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , L2 p4 l% E* n- c; x
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' l" ^, u0 p6 x+ D
6. {
   ( v' a' R( o- {6 U
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    6 l# S4 r2 }7 \( d' E0 P& ^
13. picture.fin = 1;
    5 m$ d8 B! n) D3 u/ T) w* g
14. }
    . N& b+ f4 @3 u0 \
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    3 I: i6 l$ Z& @' P1 V5 F+ W
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    / s2 P" _$ S- n6 r; G1 u
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      S% J% c! J! U1 d0 s
20. return -1;
    
21. }
    & O8 }: I* g( Z" u5 P: m
22. else
    1 S5 j- X* p! `; D5 D0 h1 q
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    4 B1 B- p3 K2 @; `& {6 C# C
26. }

复制代码

( u$ F  n( Q3 \
' N+ e2 b! `, t4 _) w( z

5 |% i. T6 O0 [
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html