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
' g4 o& r. R) \3 u" v
  V9 U, I/ S" o' 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。

+ ~0 B( i( H9 ~6 o- J; [

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。

  
  ; y) c$ X% ^# ~& A" m6 d

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。

  D" N& T' B( \& k2 [' _一、HTTP网页服务器
, ]0 D; C( V4 \& t0 I1 Z& ]2 p

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- T. I* D8 C, z- q) f& E5 n
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! e/ _4 w2 _6 M5 k' g7 O: _
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 J% d' ?/ z$ I
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % g# Y; d- G6 H
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   $ M  {$ g5 u/ H( n
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   2 @( G5 J/ g; a8 e- W; i
9.     int ret;
   ! X! c6 ?; e8 H. l9 F$ D
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      F# K/ U! ?4 U8 D8 R' [
11.         {
    , o% t- U6 u8 ^  ?$ d& O7 B
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    # i, a/ n( n8 N' R& w5 F
15.     int on = 1;
    0 V' B: p0 c- @- S  a# S
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! M6 b; ?$ L7 z+ @  M! @
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    - }7 T( L/ H" w2 f" R: u* I0 A
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ) P( N  I) ~7 f! \; }" \' d8 w
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) x0 L5 P5 h; c  c) Y
29.             return -1;
    8 a! W$ O$ j3 g% `1 I
30.     }
    9 J: i" A: a; J
31.     return 0;
    . b3 [9 _$ ^6 Z$ ~- e" c8 Q
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)
   ( Q- F' l7 _! c, ?! B7 i
3. {
   , o9 m$ m. i& p. `  ]4 _$ L; u# r
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # O& a% R% o0 ^  ^, b0 N
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    + l  R. ]3 D0 j# y" k. F# w+ e
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);
   + S/ b" V& C* ^8 n0 ^
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + |5 W2 J3 U- P" l7 k/ J
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;
   ; Q2 x+ `* C" V5 U& P
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   % ^2 Z  ?. h, S5 ?2 E
4. {
   " K2 p7 U7 ^# J+ v. ?
5. ...
   * T% z  n% r2 E! `3 J# E
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & [3 ?" B( {- Y" G6 I
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);
   7 }9 K, G( n% \1 u
10. ...
    
11.     while(1)
    ! r9 ~9 v8 ^! R( A) l
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
      j- _9 C$ k$ B3 \+ F6 @- B
15.     }
    - v8 c7 E2 c8 F9 G7 Y  T* F4 D
16. ...
    . B2 t! y  |; d9 o# ?& u
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;">
   , r' @9 c9 b" f  \
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" \
   ! j4 |4 `, i) u- \: j
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" \
   4 w9 C1 b" ~( N" b+ d4 j
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - S/ i; b* b$ z! z* g
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   5 [, Y& T6 n+ o3 }& k9 I5 o
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 R9 X: A) O+ ?+ h. N: k. K
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    : R4 x" n' j. S4 a6 _2 T
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 o, g7 N% ~9 x6 a1 ]5 B& x- Y' I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 t1 x" P* e6 X) N7 R9 K" a
15.     {
    $ U5 m( S( b8 L0 A( [% w# K) t4 `
16.         free(frame);
    $ M7 ^5 j3 O+ g: O) M6 D& q
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" \
   9 p3 f) A/ \6 x/ |6 m  E
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + t9 m! @) R& e  k! K: A0 H8 h8 {
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)
   . N* Q6 E2 H/ q
7.             break;
     P# ~& U# v: Z9 S; I* q9 H
8.         printf("sending frame\n");
   + c+ s/ R0 X8 }9 `
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     m* v4 I$ j; v# S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    4 Y; f: Z1 r* o+ R; ?8 q
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # {7 b- Z& w6 c8 V  I0 s
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 {7 E, ~' d2 v
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。

/ h/ D8 H4 G7 g% L( G% {- s; Q

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
2 i+ W  A' ]8 H' Z# Q/ m

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   / @: w$ E. {1 K# u& d) b$ @
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . j& J! m, r  x; p* T' b. u# m
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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) U2 e( p% m" h1 A2 G3 L7 e! d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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   + e5 B6 |$ C0 u' o8 j, W/ f
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & _$ Q5 w- q  w# j# t. Q4 B- l( o4 ~; f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ U; X$ F0 J. i/ [7 ]/ e
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - x7 J% A0 _1 [7 X/ s
8. picture.fin = 0;
   ) P7 [5 ^$ r$ ~: m/ `- t
9. }
   1 P$ Y* e! t* A. I) K
10. else
    - V, \, F9 y7 J) c" Q+ x1 l- `4 Z
11. {
    & K( w: a' f- \- P3 [
12. picture.length = fend;
    ; z& O% s# @5 s" o  O" e
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    3 ~! [, [$ e2 h1 p
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / C' ~" m5 {% J/ h1 o. \8 N
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    & j: p1 y; w  m) e0 @0 J
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    4 |' K3 m2 g# d0 g7 G6 |$ X1 k
22. else
    $ L2 {2 G& n2 M6 E% e& `
23. {
    # a+ g# c3 d2 k$ z7 e
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % Y7 V* t: F4 T5 X: x: B; ?. ]+ f
25. }
    
26. }

复制代码

: o! O, i* P' m* Q/ ~

, e5 ~. @& Q# a$ v0 P, U  r
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html