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

- Z4 V9 }- O5 t* L1 B

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

& x. P$ z/ Y$ y- J

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。

% Z$ i' _( f- b+ n6 I% i7 w; L

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)
   ! C" D* v$ M9 K$ ^- N9 n( P
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - j9 o9 E+ U- Z% m  q7 ~
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   $ N7 M1 c& U: Y! p6 V5 v% K* t- n
9.     int ret;
   " s) W; W4 N, d& e4 @' R4 X. W
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    $ S* o- ^/ {" c% U: S
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ) E1 l# T+ V- u3 h' \
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . T( |' O* a# R
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    $ y. E/ p& C0 w
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; \: @9 X& S3 |
21.     if(ret == -1)
    % K  Q: O3 t, j+ K. g
22.     {
    ) e+ R# R$ W" y# p. H$ u; J
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ; @' C7 ~9 U  ]- i0 `0 B8 H
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ' }  F6 T$ _8 e1 D: I/ `+ T
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);
   9 `& n- q; o/ |  J9 R2 C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   6 [5 A- h/ J7 O2 {" ^1 ^! \
3. {
     p5 W0 a: _, J% [2 O* H3 u! i
4. 。。。
   ' N8 N, e  `$ m! P8 R$ A
5. while(1)
   - S0 |- [- F% `" H2 D. d
6. {
   
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);
    ( n* k; T3 c9 o  W0 V
11. }
    
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);
   % b+ v1 D+ S: E
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
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;
   1 B, W( V& w  k+ v
2. pthread_cond_t pct;
   , |: v# ]  N5 z5 H
3. int main(int argc, char* argv[])
   3 W3 z, I, B4 |- G
4. {
   ; K/ @* s& v6 y) d2 l
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) K+ _$ S" l/ y1 M
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   $ ]/ w+ R. J: {1 U$ Z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    5 T8 f' m. [+ |9 Y1 J4 Q
11.     while(1)
    7 j+ {5 h4 \' {' C; J0 W5 D7 z
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    7 X9 {$ U; w. L% b# G7 v
14. ...
    7 r9 F9 q' c" |$ c
15.     }
    
16. ...
    : m8 _: T. X" r1 D: X
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;">
   ) i  P2 A- B4 M; t  h& [
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" \
   , |- u$ ?# v! F
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
     e" M- {: V" ~; E& r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   * B: k, J1 R0 x% T( ?
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   7 N4 Q' J. y9 V6 ~: [8 D+ y! L+ [
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   4 C( N4 h$ r; s% a
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     V6 z/ g6 y& q
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 ?/ g3 }* G  ^
10.             STD_HEADER \
      v0 B( o0 V) \+ ?9 }" c$ @
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( R" ~* t: P: z$ G
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( N% b. o( [9 m: J0 S+ C
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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" \
   4 I9 M' E2 s( C9 o+ e2 r  `' Q
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   % Q) @. ]/ g; r( O
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 |1 n7 A6 w4 |
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ) W0 ?2 J7 J  @* u9 U% k
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 h; B" v  w1 F; M  t, w
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     C3 T; \2 V2 {: [
10.             break;
    / V: ]* C! X8 O3 _6 c- }
11.         printf("sending boundary\n");
    / r% b. x3 J# n1 I3 X! A
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 \! d  Y5 g7 X/ v4 m
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：
7 L& I) Z) |9 l: B3 P  `) ^" w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   5 Q3 i9 M. C4 i" v' K
2. {
   8 ~* ~+ f  o6 c# J) v
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! |0 o/ o8 x9 Z: D* s
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    + ~8 q5 H" F" }  J
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    7 y! l) a  O$ f( Y
13.     return 0;
    
14. }

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3 I. B5 `& }, |5 l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：
+ G6 x$ Q  U6 z  i! J( Z
6 S7 q0 y; S: [
" g  Y% p2 b* J8 g6 b8 S

1. while(fend > 0)
   9 W6 }( U5 o. f: t% C: f
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 r# F2 [7 p6 f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 t& `2 M2 Q0 m' |. G
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     H+ A  O8 [0 V9 u8 S
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 w$ }/ ^8 X! y; i% c6 q8 `9 }
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
      J- `( L6 |$ [* i" \7 T
12. picture.length = fend;
    + f5 `- F# ~8 R* L# }; s& F5 O
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);
    
17. if(sendbytes == -1)
    1 w4 o( t1 j: D) n5 Z- B
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    , K* B6 I8 D' Q7 c6 H/ P
23. {
    ) c6 N4 Z8 l8 J$ Y* }- M
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

% a! c4 T5 I% {! d
! W5 R2 I& U/ R) Z  N$ Z# c

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html