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

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。

4 ~# L/ D6 e0 ^0 o& A! R

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。

  
  % C  ^) l. N1 N5 F' i$ |! t  z

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
9 U( G  F9 u; I9 V

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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);
   : x" p& @6 H  H1 C$ Q
9.     int ret;
   4 Q. H0 B) F1 ~" O; j$ F
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    5 ~. p, @8 ^0 q/ R- y' n5 ^
15.     int on = 1;
    % f& ^$ r: Z9 n. w+ a! n' v9 Y
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' f. U4 L3 n. T! k9 n% H
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      f" w% a+ w0 a0 o' `
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    - j: m$ Y* Z( t- x0 y% i: I
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & A! |9 D# d0 @
24.             return -1;
    . i; Z+ Q- E6 S9 M: W
25.     }
    " ^9 I. `: u8 t, R1 k/ T+ ^& j" H
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    $ y) s' C% S# \* z6 t
30.     }
    
31.     return 0;
    ( H, m7 \. Q: Y; ?; R. k4 C, p
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. {
   ! b* L( f9 t+ a6 w2 c  U  m/ G
4. 。。。
   
5. while(1)
   , t+ o5 M! P( O* W
6. {
   8 I: f4 J  K, g- l) e
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);
    ( u7 Q9 Y2 t& ~1 i: Z8 Y2 g
11. }
    $ V- l" [8 b0 E  c, @* x, l
12. 。。。
    3 V: g( R& k4 _4 A; K, i9 t
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);
   ! d2 m6 }, e' W
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     i2 _8 J$ P8 q2 {! |4 i7 }
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;
   & c, ~3 Y5 ?0 M  C- \8 i2 J
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   / p) w7 Q  }: J+ }6 d9 C9 f
4. {
   
5. ...
   / g$ ]/ `7 _3 u; @: r' }  k# L
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 c- M' ~  }" z: N! Z5 I6 Z
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 z) A7 Z' C. h2 u. m% ~# A" }0 f
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    + ?* H* e4 T! Z# U* G- n* q5 ^
12.     {
    ! @. [$ y7 J1 C% R0 L4 w+ Q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    - ?8 g3 R& Y* Y9 g8 l. K
14. ...
      ^% m8 |0 |) W3 n3 F
15.     }
    3 q3 T9 S& \& m5 ~# Z) T( C
16. ...
    8 l) T+ {/ s& y& K
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" \
   ) U; @+ `. D* B5 g
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");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , n  U* A: u6 ^5 t
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    4 B0 j) O% g9 T, }( h; x
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : E: p) l  ^. h* E/ q9 n5 ~# L. k
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & N. M! J1 a6 t
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" \
   , C% F$ K  K9 s2 Y2 ^% x* F
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 f8 \; E2 Q% [6 ?  r6 \5 W
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ U+ V2 w6 F  g( O' i
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & F  y7 q' y; S
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , V$ o/ g- z8 O! b
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   / s/ B+ d& p  j% d6 K& H& D
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 ~! G% s7 Y( K; l. [
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! n! [- p0 l4 u7 p& C0 T
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。

0 A. ]: X( C5 }2 f2 T& W0 O二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
3 A+ R3 U  }; k9 j! C

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.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 C4 i/ i6 ^: a( c
7.         return -1;
   
8.     }
   : U' C3 ~: n6 E( @0 U4 L0 ?0 A5 X
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 D( A+ n+ i3 M" Y, c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 v# c* I5 i0 H1 s4 |
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：
2 V0 e4 B8 F6 o8 }
7 j3 c0 {9 S. v
2 n$ ^( d. k- [, B" p/ j

1. while(fend > 0)
   1 ?+ T" s# Z, A2 Q/ w& }0 q
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & D' c5 M! l( D: h( B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     M: s0 u* ?0 M3 @$ U# I/ {4 w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   / \  D  u* O) c6 z9 g
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 ^8 o* P! A2 v% b" Y0 l9 G4 J5 r% j
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   + g5 Z- s3 y: k2 J8 s  r6 @: q7 p5 j
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    8 l9 a- y+ F# `
13. picture.fin = 1;
    % O- J* H5 Y3 M0 G- ]/ _& f  G
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 c( [# x3 a0 v, s4 q$ \
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ( E& O1 V% s& o& e2 Z
21. }
    
22. else
    
23. {
    0 ^! G/ u$ [+ E, i9 e
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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, N5 ?7 {" W/ `8 z1 n* B; l

7 T, ^7 H( C# M/ D
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html