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
& f& p6 U" d( A4 R: Z, |# |6 r
7 W) L) M1 D+ q7 ~1 v" O

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。

; n& W4 v$ C' f* z

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。

  
  5 b. d1 e, P' {' G/ E

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 X. k$ K' t1 x
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   & f. q3 ?4 h# w2 E2 |
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);
   " H* s* ?# `: j. s$ q, O  o
9.     int ret;
   
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;
    % e* h' G# X/ B% O- z+ ^/ D
14.         }
    
15.     int on = 1;
    0 I8 I0 Q# f" Q. k' m
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    % s' p+ a; S2 R  |- Z( c2 r8 [
19.     }
    - t1 F# o) @5 V& Y
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    / J* q) ?" J8 e6 {/ h2 m, Y
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) }# \  R: o+ q2 m. s
24.             return -1;
    ; |" l- q% C. Y$ V% }- E
25.     }
    6 k' f' G$ K5 f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( o2 j4 ]5 B$ @' ^7 ~8 y
27.     {
    ! c( O' o; l. f" i, `$ f  ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 ^. K. M% R% [
30.     }
    
31.     return 0;
    ' ^3 {4 l. _  e% h% F, E3 P7 ~. ]3 R
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)
   4 B" l( ~5 q3 H2 A' \
3. {
   
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.     。。。
   ) H( P, b  y; Y9 r/ Q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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);
   6 h: S+ }% x: g( [2 J6 s
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & |( j: k8 J, i" _% r
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;
   . I2 J3 W! Y! V$ P# l
2. pthread_cond_t pct;
   : D/ W+ w% n9 M; M) a" f, L% z  _, J
3. int main(int argc, char* argv[])
   9 k! u) |6 k% T/ q' Q) M( ?
4. {
   : L+ G. r" |) f1 B2 _1 P! a4 }
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * r- ]7 ~( U4 N% G3 Q8 N
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   3 a) B2 K2 L. k3 t
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ' x- \" o% C  L
10. ...
    7 }( Z' [) D+ |$ j
11.     while(1)
    
12.     {
    ( J  J0 l* ?$ F3 n9 E. I4 D' V
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' {9 I9 b2 e4 x/ Y3 y
14. ...
    
15.     }
    9 N* Z, j) p6 y# Y' [0 d
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" \
   " k: A3 o  e; z4 n6 L- q2 K- q
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   . F9 q$ A0 D% q9 i" r2 f9 y6 z" ]
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   4 R  A$ h: x, y3 d( ?$ C
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ; W& h# S) t* C  R! c) N
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % }% T) S# m5 s! P8 i' w. y
10.             STD_HEADER \
    
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)
    
15.     {
    1 G' D+ S  E+ ~: \! ^* Z
16.         free(frame);
    0 o( ?4 t4 b' _+ 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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   + ^/ ?; [$ A) q; s, K( z1 r6 m( b. v
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");
   ( B% O$ E  d) ~4 u+ u
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   5 x5 z( |2 ?. _8 t* T
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( }  Y7 G( g& I* b$ m' ^
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 [! i# Q7 j. J
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。

" s: ~2 s8 C3 k$ P3 |

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)
   - D* w- b5 H( M# k. d9 i  U! X: f
2. {
   * G; o, w9 d/ p
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   1 z0 k) W! |. K" E! u4 F7 F
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 L6 j3 s0 O; f8 D* d) A7 h: S6 N
7.         return -1;
   : O0 U: H2 h8 b1 t# k) w5 ?
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     `3 @7 |, _) ?* m! i' x
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * _( W& y, B, \& Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 g0 a- W8 l+ l: I) c  Y. d- X
13.     return 0;
    2 A7 j5 @3 c2 L) O, K6 N
14. }

复制代码

/ F. H3 p0 Q) a) `- f$ e- `
. I+ ]. o  C& r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：

. u  q; ~1 ~) v7 J1 \. o3 p# ~
( \0 @1 I: [9 |: M) T& B7 R

1. while(fend > 0)
   7 e' E6 k1 {! f1 b2 q9 J9 H: d2 C  u0 d
2. {
   4 {3 O; M7 o" h
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   7 K% w) r6 W; p! P6 z' Y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' c1 R# W7 h& q
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   # u# [, c5 C$ {1 V  S+ h( b
8. picture.fin = 0;
   . P' @! |- N+ M4 J9 _4 o
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    0 O, N) ?4 [$ S1 `9 |! |
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    1 @, m6 L# o3 K  H( L& b8 R
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    + S5 }/ g, R, ~1 p) j# \, N
18. {
    ) O, ~: i2 l+ z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    $ K0 K5 [4 u8 P& w5 _7 C
22. else
    2 S1 L: ^8 z! _  i9 P/ e
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ( e: d# h- Q- _) J- s
26. }

复制代码

0 l7 N& J, T2 Q  a9 g9 [% I2 L2 L

  W+ D# W4 O" a( oiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html