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

: V) q0 E1 |( I6 S" i. n

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
# m2 r& z3 B  Z8 U# A( A7 T( w: \9 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。

# @% d( {7 h8 I; I" [- @- H

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。

  
  : s' J( u7 S" m$ G: s2 C5 V; E" O

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 n' H7 u* c0 g+ J  I' [! R4 C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;
   : a1 O! A6 _3 d6 M2 c
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + p6 r; H. q" U% U$ E
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ) m6 c+ N$ ?, B: \2 b- @
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) A* e: B5 \0 w% O1 I# O
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( d- H3 ^' T' Y6 y) ~- X5 ]0 |9 n
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    # g! c1 e/ p! ^9 d5 ]! q5 M" s# o
14.         }
    ( r, v$ G3 o# y) Q1 x
15.     int on = 1;
    , X6 C* C* v, z
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ; d$ `9 t5 h. V$ S$ m) D' A" i
18.         printf("setsockopt error\n");
    + A" _/ ~8 H- x+ m
19.     }
    5 O3 X3 d, s$ U2 M; G
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " I0 G. ~( g9 r. T/ n
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    , z. o/ g  P+ W5 q
25.     }
    - I: F- U, t) r) {( B/ {
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ; s& p7 c1 T7 c+ |
30.     }
    $ W5 @6 e) T" w/ B6 P- v! K
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)
   9 A+ ]# v& O2 R
3. {
   
4. 。。。
   # ?+ Z/ ^/ i, Y# x( _
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; B( M4 l/ [0 w% b; B2 I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   / Z7 K2 {& z! ^. I4 R; {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 |8 H4 X0 f2 x6 M
12. 。。。
    3 V) ?- |) q5 P, c8 Z
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * `2 U( |3 |3 f$ D- q& w
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   & t% P# t; ~5 s4 x6 b( y
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;
   " S4 m- O7 }% ^) A, ]9 c: K( T
2. pthread_cond_t pct;
   ) q7 g9 [" ^$ m* P
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   9 d# r3 o% O5 X, g- r- J% X
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);
   2 N6 e+ P1 \; v% l7 O; ~9 A; F$ h
10. ...
    + O2 U2 U1 d0 q4 S7 O6 c' e
11.     while(1)
    2 B2 Y+ a* n: m: U
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ' y3 h' p, Y+ P4 I3 i
15.     }
    
16. ...
    9 S$ S( |% P' {0 K0 n% [9 z2 p1 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 u1 w7 O7 Q! t, J
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" \
   6 {, g9 c' u4 H- c. U! O. s$ y
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" \
   ( T# x8 A9 W. k, O* x7 C
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   . o( ^9 A7 i' L
7.     printf("preparing header\n");
   6 I# W; y3 A, Y) y/ M) ]
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 |% \1 F) r6 ]; W' ~
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    / f2 c" D5 D/ R3 v
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 `3 P; m# W) y7 N8 d
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    - U+ t; ?: O' Q: ?0 Y4 N0 F
16.         free(frame);
    ' M; N3 [, N3 n: B
17.         return;
    ) r; @3 W) V, ]) ^3 S( v
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" \
   7 d( m# V5 b2 X3 ]0 ?9 b" e
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ T6 }. a, t# z8 L7 x3 Q% u
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 ^: J, I" U- N; l* E/ ?7 _
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   . I% O- O! p2 F" {0 |
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    1 ^' M5 W8 {7 J% I  ?- D% R; H3 P0 N
11.         printf("sending boundary\n");
    4 ~; S  ?8 c& E: ~  f4 }
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 e/ A' [3 J9 c; {" n
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。

$ m8 z) c0 g, M+ }4 k  p8 i  _

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 m. E2 g6 j  e  S6 K

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   . V5 Y. _" a& l: G- c
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( I" |- F% m4 r, d
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
     }  r' M% q# ~! C; G, o
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) H# S4 T$ m% S/ }, k# V; y
7.         return -1;
   
8.     }
     z% y3 I4 K# Y5 q
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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( i& q2 [1 _* l& E2 r7 ~: g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：

' z) q, A& z9 l- Q8 g* ^: r% J

1. while(fend > 0)
   / _& [: \$ X+ M, P  y
2. {
   6 g8 c( B. Y, N  {2 ]5 w3 }8 s
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   2 V5 Y2 _: f) [# T' @( C3 I
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 W) z* X! ^( Z0 k, B  b. @' \* Y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   % e4 J. U7 Y5 Z4 K
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * D: B3 b$ w* K+ k7 j- [* b* e# J
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    7 K1 o( I+ y$ N4 h9 H( B9 A
11. {
    
12. picture.length = fend;
    6 m% [/ \+ o: }* T. O$ c, D
13. picture.fin = 1;
    & g* j9 z7 r* @6 \8 S
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' V0 n9 g: d  v9 e
17. if(sendbytes == -1)
    3 P0 f: G8 @/ _! ]$ c
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    3 r" V2 F! I+ W
23. {
    4 d+ A# H, m7 t9 O! E. ~' C, W5 E, H
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    / _' b7 y7 y. j2 g2 I$ \
26. }

复制代码

! N2 G2 ?) j  z. E8 x6 q$ ^! D
" I+ Z6 g! X* R) \  ^

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