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

: y  n+ F( C0 h, J; B% \
' H% D1 _$ E, E

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

! ~  z. U6 V. Y7 [6 M

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。

$ X) v1 h' F" B' M! d

  A& ]( \8 \, }3 l* Y

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。

6 i! E6 D) [0 X一、HTTP网页服务器
; H1 U/ k/ N4 L# W  ^

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. {
   : x% m: {  l- L/ O2 @/ u( W
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ! @) Q" c, i: I7 N  ~& M
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)
    & ~- H: I1 o/ Y; C
11.         {
    7 E2 J  N6 B& f/ K
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 K1 W; D/ {4 [$ b/ m  J  W8 E
13.             return -1;
    " Z- m9 r" L; C( _5 n3 s
14.         }
    # M+ `- @  F  d' M# e- e
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 e4 }8 A. |- I  ]
17.     {
    1 M, j) C0 x* p7 d6 t5 }+ o/ ?( n. t
18.         printf("setsockopt error\n");
    # ^, H; {% n5 B: r
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( I) }+ p- N6 t; ?' Z: t# ]) M2 h! d# V
21.     if(ret == -1)
    7 X7 b. e% n! O  r
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 V4 M0 @3 b. V. _9 X- H; `
24.             return -1;
    
25.     }
    3 T" N# G/ |# \8 A8 E% D
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ' \5 c; e& L) M
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % D$ f( U# q! D
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)
   
3. {
   ' G* f! A  N& t0 K* r% O2 N
4. 。。。
   + U+ z4 Z9 K& b9 Y' G* j0 Z3 }
5. while(1)
   2 _6 ~7 X2 i4 r) C
6. {
   . l, z- H7 c+ l6 q/ q6 \
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 b" Q* h) T! @/ S  c6 V
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ! N# ~& {# c4 d  A9 O: H
9.     。。。
   2 M* h. |8 G2 G' b" B/ ?
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    . Q. b" f& a. J
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);
   * A9 `9 I$ {" f6 V0 U
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   2 q8 C, Z, n  N2 T( J; J  Y" P
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   9 p4 t) {1 \) v, i& ]0 ~+ F
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 `2 B0 B5 o  s; z7 U: D& x$ \
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;
   % |" Q( Y4 J1 p) B
2. pthread_cond_t pct;
   & K# Z) u0 C) \
3. int main(int argc, char* argv[])
   7 ^( s6 a' D! K* F; d3 j
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ! f& j8 ~( O2 O0 p% D% E& P
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 k0 w! f( K2 f' W9 u
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    7 J" I5 d9 g8 b6 F
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    + f! M8 e+ [4 z3 a0 N
16. ...
    ' W4 o6 k* p& e  q; W
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   . u4 ]/ }" g; G9 i9 W. F' I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( [- D5 m- \  Y4 f8 u3 R; D
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   6 L- Y: P* ^' G* j! D, p2 B
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ) M% v$ u9 n4 Q; Q- d
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    8 ^& f6 c- [6 a  x: J: n
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    4 H7 J! D5 I5 [& V: |, ~# o0 S" Y
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 M: Y1 a1 O, }: 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" \
   0 U9 k7 n4 j. B* d
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ; M3 I: @4 u9 P6 M
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! N& u( C8 [0 _! ~+ Y( a
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    7 q+ `! G6 N$ I  ?. A7 T
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # O( ~2 ?/ f- c6 T$ f+ H& y
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。

4 @# z+ H) e$ i0 D

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. {
   " P7 H% W' [& b, M
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 m4 O( D- L& n% m, Y! R
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 E! C3 W! L5 n3 E5 x5 r
5.     {
   + K6 z2 Z3 }+ K4 E9 T; ?
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   9 I& ^8 K$ Q4 U# q' U- Z* E
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 g+ J, t& V4 ~4 A  B- p
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 T4 o: b  G5 Z4 F! n* S9 H6 d
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # j+ V7 E$ I" O9 z3 _6 Z/ P
13.     return 0;
    , P2 k) V0 \9 o/ y1 h* G: d
14. }

复制代码

. q* D' m; P8 R- i( O
' f! [7 Y4 E: D+ t6 i' q% J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：
9 U, [. p3 _* N! J/ b

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! q$ n9 {9 }- X9 a  _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   + I5 G2 s+ @$ ^# ~+ ?. |; n" G
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   5 u. n& Z% a" h' r+ R/ T
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 y$ ?6 F/ ?6 L+ M1 \1 ?
8. picture.fin = 0;
   : D3 r1 a: }5 z) Q) V
9. }
   , i2 E' o* d$ I* y* C& l/ A( a& k
10. else
    ) u/ m" ^2 @+ [
11. {
    ! S: r: g8 D7 W5 o' P
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # r& m3 r6 E' U
14. }
    : R; ?$ V/ o$ s- K
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) c- h  p" }! N& i0 t
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    9 d4 P6 H% q' B, V. T, |
18. {
    . M2 g& T; C7 P) F6 p( s
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 S6 p, _9 N4 s, H
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    ( D' L) v) J+ ^1 k& R: P% ?
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , f% g* j5 p0 C/ T* m4 e! y6 ~2 U0 |
25. }
    & D4 P7 t' V7 @# t' V
26. }

复制代码

; x2 v- Z3 F; Q
" [. i6 F8 z  }" w8 _" |' m( `3 a

5 G, A* ?' r/ Q- r9 H
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html