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

9 @$ x* @1 k: b& H

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。

! ]' W6 {' ^. v0 z  b

' ?& s  h  v. c0 g

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)
   / O* L5 n  [: F4 V
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ) X7 K( ~3 c* U5 ^7 \5 [& \9 |+ q8 `
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * p, i: w( y7 p
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   0 P/ s9 [* D3 E: y* {, f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
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.         {
    1 L( Q/ {# ?, J+ ]
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    0 H8 r" a! U& ?2 V/ f2 e
14.         }
    0 Z6 O5 F- I6 s/ p0 Q$ K+ r
15.     int on = 1;
    5 ^' e: T; E$ R* [$ E" A
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . ?) d$ A+ \! e# b, `
18.         printf("setsockopt error\n");
    4 N& c  T* [3 q, T' \, d
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ( z+ [$ D4 ?$ V$ P
22.     {
    * d  M2 c. `" Q1 P# x
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . X" @  s( W+ e" b" B" F8 o+ N
24.             return -1;
    
25.     }
    9 q. U0 z9 Z5 @+ o5 B7 C3 B$ c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\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);
   * q0 r/ U! M- Z! }/ X7 h' w& X
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   6 x4 t: B% C  _3 H1 R
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ! s+ {  \, s( ?* X3 O9 E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 p- G- y: x! g$ ~$ E" L/ R
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    2 e3 [" H" @. F. }
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   & ?$ |- s, w( S. n) E# s
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;
   6 |$ Q: P: N4 @3 ]1 V  \
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' ?* e. c; g- z/ M0 z! M3 P! A
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; P$ c4 p! W8 P8 L
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 e# W% K* [# l) V
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    2 I0 Z: D/ S& \) c
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 [; G( B" _) R9 m1 B  g! R% H8 i
14. ...
    
15.     }
    ) ~+ X$ w4 I3 a$ n
16. ...
    , T+ Q! e- ~8 {4 R. H5 R$ V) B2 B
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;">
   9 ?. I! q4 G- E7 x9 z
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" \
   # l! Z0 P% v- f. V5 o" F$ E7 K
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   0 ]" _8 o& ^  f/ Q0 i2 K
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   : ^7 x- t6 u( _6 D: h$ ]
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   + Q" i: z% C$ B
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    0 h  t3 `7 }+ Q3 q( O: i% x2 ^
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) I  {0 C; j9 Z/ k
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / i( b$ U" i6 K9 h/ V5 o2 u
15.     {
    # @) d" N, x2 B5 z; B$ s
16.         free(frame);
    
17.         return;
    : M& w& L8 H( l/ P
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" \
   . A. f5 Z7 T0 G3 m; C+ c6 `
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");
   : d" D0 L' ^( L! O. U
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   4 Q# T, X# c7 \! m# p& C
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 D( Y+ k# K4 ?) W- g4 C! @6 W
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：
: M' ]0 ]3 r2 y# D+ @

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ O0 C8 \; h8 r
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 n( X, k  c6 G1 N1 [2 I
4.     if(*socket_found == (~0))
   % x; M$ m9 Q' P$ s! \( K. M
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % l" h/ S) F4 g% d6 \
7.         return -1;
   . V* Z* X% p& r- Q' y
8.     }
   " g! U% _" X! Z, q* j
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   2 T& g; w( ~0 U7 v
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * K2 s* |8 f; E! [5 Y1 M/ P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . y3 a7 A7 X7 y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + _/ v* H- N: Y7 c: d: l
13.     return 0;
    0 j6 q, ], ~2 w: p
14. }

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4 j: _5 _4 {: b8 j
0 l6 X; \5 [- Z5 H( [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：
6 r- s3 P6 n2 l& _5 V; L6 t! \
! U5 k* B- W4 D( g  C& T5 V
) Z* E, ?( E1 I, |

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 I# @& N  x" }8 B8 [2 U6 e! w: t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % ?4 |7 ]  x; [1 l$ c7 X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( _% G: F: ~0 G1 A; \+ E
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
     x$ Y; l& Q1 ?
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   " W/ e( G$ Q3 o% j
10. else
    
11. {
    " R. F" K0 u: O6 l
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    9 Z7 T# n& ?3 F$ U4 k% [
14. }
    $ X3 n& D5 k! b; F0 o
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ @: j. v) p- |2 R" I6 |( v
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . E* y8 L2 e+ B& P
20. return -1;
    # j( v- N1 _2 ]# w4 _( t
21. }
    
22. else
    : d, {/ b! f! G
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & A# F. ~0 D. h9 d$ l3 K
25. }
    
26. }

复制代码

$ f, ]& R6 `1 D4 a
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html