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

8 l3 Q/ @* b- M. j' L

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
& x8 {7 V% j, D! U4 \( p) N
" `) G) |5 g$ t. G* D2 z

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。

: o4 s2 A( P5 p- d  [

5 T0 y4 Q/ d( }" C3 R) 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。

  
  % {4 O7 t9 ~3 o) Y

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
4 ~3 u3 V5 |( X7 S4 {6 `& V) `6 b

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 ^  Q7 x! m* y! }6 a
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);
   5 e. c1 u' ~. Y5 W2 i4 b$ N: K9 G
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : k. o$ n: j; y: ~; o4 c7 C# F! b
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " g3 J, d" ^! i6 @) O7 R/ z$ r
11.         {
    ; ~4 a) e: {4 P, d3 x
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    $ e# a3 q; o3 x* a8 }- Z4 {  K8 K
15.     int on = 1;
    5 Z" {  l! }8 b6 ?$ W' l8 ~
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . s- U( ~% ~+ z0 f1 R; A  X. v
17.     {
    9 l8 Q% p. c" _# O% }$ ~
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    - n& Q2 s# z% U* R/ S4 k
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
      C. S, F8 E& u+ p
22.     {
    , m' k- x. C- T, \' r, W* k
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 T- u) [. `  B4 R
24.             return -1;
    2 Z0 d1 E2 ]. B# e+ ?$ V
25.     }
      i6 u/ z/ w: d
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 G4 n% ~) y* R9 {# u3 o7 j+ j- ^
29.             return -1;
    
30.     }
    6 j) x2 l8 I/ O1 ^
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);
   ' I& @6 x7 I+ w0 \5 n+ B
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   5 \5 a6 `* d& h
3. {
   
4. 。。。
   0 B) S8 J. C9 l( W- y9 L. t# k
5. while(1)
   7 N3 I2 p0 a3 z6 a* o( ?4 ^
6. {
   6 N4 o" H5 y/ N( M/ \0 J* {
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' Y- _) ~5 S: c, A4 C: W. y
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   & l7 A5 b  s+ H' ~9 c9 R
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    1 g* L! I+ k' I' E# _
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;
   7 _+ A) g$ T* a* c0 n9 ]# A
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;
   . {; }; Q- A4 n
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , @+ a0 i, E6 ?/ @2 g
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   6 H% ?( p0 n, x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , S9 o6 W$ R* K* u6 P8 u$ k
10. ...
    ! x: V3 Y. b2 J; z
11.     while(1)
    2 E6 V: {. e6 q, m3 P0 K7 S
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , G4 t$ m# B3 b& D
14. ...
    
15.     }
    ' ]% {& t' {( e. 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;">
   ) e9 R: ?* S/ Z& u7 m) u0 C
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
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" \
   3 D( I& c" ~5 l8 U9 E& [+ T2 X
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; a' y0 x$ d, N7 A) x0 k- K  M1 R
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   0 P  H/ m% y" k9 K! s$ d
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   * ~7 n6 e$ a$ n0 L1 W. Q
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 ]8 M/ x4 o! T8 J) |: G
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 J* h" l1 J* E% }- W5 F
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    4 K: H# q, H( ]+ W
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" \
   . h( F: `: }( M( i9 Q3 b1 z9 S. {
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + n, k" d+ U8 h2 F! r0 `3 X! T
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , D' K7 N( }% n/ {# d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 B' `6 E6 S2 c* A4 G5 d! J
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : w6 ?( M6 `$ ?" d) q) P  o
10.             break;
    ' Q3 W9 y  q/ y4 s
11.         printf("sending boundary\n");
    / t$ g1 M' N7 F+ \
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! |, a6 R' l8 h9 W6 I% D; V
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 h  W0 m& b2 \( u. K$ U
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>

复制代码

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。

" Q7 n% U9 o) i* G

) `5 I% a* |3 u* G: G& e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. {
   # p! |+ C2 h2 O8 s1 d
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 i# Z* h7 I% x
4.     if(*socket_found == (~0))
   . k9 f: B) `7 g3 {6 z7 J* ]4 i
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 `, ?3 x0 p. Z. `4 p1 i7 T
7.         return -1;
   + q0 L/ c. ^$ z; w; v
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( R3 e- d  F3 e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

4 w5 T3 [( I0 F$ x9 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：

% u9 T  _6 [9 }# \( B
5 |' l3 ]/ }4 c: v, M

1. while(fend > 0)
   - t; C0 s, q# ]8 M0 v
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / q4 _* J7 D" d% o, I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - O) p8 W7 h. j; f! O
8. picture.fin = 0;
   5 a5 C1 e# b) g1 S4 W4 h
9. }
   , y! y, O. _: c% w/ r. `
10. else
    4 P5 a/ p7 A' l( J, m- w
11. {
    
12. picture.length = fend;
    1 ~; T, C" X5 O0 R
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 W4 T. [0 w  {: c! A8 P. ]4 _) K
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( s; p! F. D9 c( ]
17. if(sendbytes == -1)
    7 h' e9 d- v( D
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * }% R; E0 b3 o: y5 Q4 i
21. }
    ( ?1 K3 W- U9 _0 K" e' r" |
22. else
    ( a0 ]; q# Q0 d+ f8 l4 j7 a9 Y- W4 ]
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 x* a: s. f+ F( I
25. }
    ; Y9 Z5 W8 s- u5 T' I: n  K8 s( T
26. }

复制代码

3 l) W4 R& s$ r, i
5 C! e' l( }2 J0 Q/ P. j% siMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html