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

9 D5 I1 J- P! m. D4 V

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
! \' T# t. \' b' ?3 A1 e

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。

6 L" B* z* `4 k- Z& v0 a

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。

  
  * k* O2 R/ E. C: C2 N

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 s- ]; w8 T+ f8 r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. {
   % k+ B0 b' Y  O" _7 R% b: [8 B& |
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + c, T% I+ r( S* n
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   & D2 I0 g& x+ m# y  C" y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 ^4 @1 @% {* {" B3 s
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   + G- V( O- n7 S6 F+ d$ [2 e  T
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   / E2 R! A8 ~/ E
9.     int ret;
   ) C( v& P7 c  x& f
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 @4 x  m# q6 r- Z2 p
11.         {
    7 I# w0 b6 R+ i2 y1 e" E
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ) ~# l% d6 K0 `, c) F
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' V- s! n+ C# j4 X3 J, _% S6 \2 }: i' L
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    5 Y6 |* f/ s/ `
18.         printf("setsockopt error\n");
    " S9 _" f: O: l" [3 B/ J* }* O. C
19.     }
      a: {+ O8 }3 X2 W- u, _
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 B+ p1 ?. ~8 g1 ]1 _2 \
21.     if(ret == -1)
    9 t' t0 S' u' ]
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    , U+ q0 C6 ^7 T6 u5 q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / Z2 \" W$ e/ |  m" \  S/ g" D
27.     {
    / a, f/ o; g5 V1 r- ^
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    $ u9 o) z7 k  M/ u  s: m
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 ~  \6 @% {
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   2 z2 Q+ k& ~  K/ P" F2 M& H
3. {
   
4. 。。。
   / p* O- b; v) d9 u- u' W5 R5 |  T  ?) ~
5. while(1)
   
6. {
   & t1 ?6 U; W1 S* l9 g6 G* k
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " r  E# t0 t5 `( H. i2 F+ b
11. }
    2 v2 b& y6 V* X, x" w/ o7 c
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);
   6 N) r# q7 C# |6 i: g
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   " _/ ?0 H& h% ?1 m2 [, D
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 o* X0 b9 ]% [0 Z9 H6 R+ V
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;
   / h2 z5 E8 I8 ~# b. `4 C: F) F+ L2 z
2. pthread_cond_t pct;
   & z5 _+ _4 y+ G; I. O; E
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 q5 d& k  R# o, `( P
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * x8 Y; \1 H1 x, ?. X8 ~/ R
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + j. V7 |$ p4 l' y' V- t! [
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    : n/ C& M3 o# K$ d* U  U  k
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    8 e* W2 t+ _& z+ D8 f* ^
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;">
   
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" \
   + H8 f- K/ R+ r; i+ u8 w. I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   7 p1 K0 C+ N" F* v9 M1 Q& Q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   " x/ j6 B, d% |& H7 L& v
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 m! [  ?) V& j
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 r5 `) |( L$ H( e: i. |- Y
10.             STD_HEADER \
    " C8 U4 U1 ?, ]: G; n' M% }7 D
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( V7 T# u9 J" ?4 S
15.     {
    / f: J, ], E2 x' d7 ]2 C
16.         free(frame);
    5 ?2 Q7 d3 V. p% e7 l6 }/ v$ i
17.         return;
    ( C$ u# K* S5 @3 n, _1 F# }
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" \
   9 t+ `4 f; t! }7 t3 ~7 A
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( ]/ @$ g) ?$ x" S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 R1 p4 B) q- `( h6 C- y
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . U. z8 q& a' p1 E- m4 Y0 `4 a
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 k$ E7 x5 a9 x% L4 H
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - v; ^; L3 R: s- J
11.         printf("sending boundary\n");
    + M0 b2 q1 `. Z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ C4 W- o; _, ~0 R8 L4 t
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。

# }6 e$ P6 z4 J& K9 L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)
   . E( ?8 e5 |  V: K' H
2. {
   : d8 H/ |7 j3 s/ }( W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) R! g& e6 R, n5 q) @
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , B: E- {1 L1 K0 r& [
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' A) H4 q! E. C' d
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    % ?0 m- u7 A! |% G8 s7 e, Z
13.     return 0;
    . y( d, k' U  X6 a7 ]) F
14. }

复制代码

: G2 p  I& L) w: L( C6 A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：
# S2 r9 o' a9 t9 w" \1 {

1 J6 |( o2 J1 J  \! f) h) I

1. while(fend > 0)
   ) b: a* {/ a; s  }# v. Z' T! ^; P
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   9 Q7 z5 z0 K- O9 t, ~6 R8 I1 I
8. picture.fin = 0;
   6 I( S0 V+ G0 v4 }+ s2 _; j6 }- i6 k
9. }
   ! i- W4 K2 Z4 {3 N& E7 }; F. @
10. else
    
11. {
    8 p5 m! }1 P4 ^* A' c% P- ^
12. picture.length = fend;
    5 e& y& Y7 j) A6 B* X
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & P- e6 m8 T) S$ j3 L
17. if(sendbytes == -1)
    3 d- ^3 T- H# k9 T! O6 Z
18. {
    ' Q4 N: p4 o8 w9 f0 H
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * {$ S; _. K& ]) `
20. return -1;
    ( [, @9 o6 ]  F9 r9 s
21. }
    7 L1 ~3 h% ^: q3 ^% P8 H- X
22. else
    , D9 e  x6 O7 \
23. {
    % C3 _4 ^" U! ]+ W. u# ~$ \
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

( N% w, K% j# U- j

  j3 ]: {# A/ N) _& K6 K* U5 P
1 _7 G* r( J/ H  A( kiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html