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

6 u' |* X& G8 `

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
4 l5 x- U; R, \  k" s$ Q

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。

: L) ~+ ], _- V! h7 j6 z5 o7 D

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。

: K9 W; p+ S# m( ]! B5 S) S8 c3 Y一、HTTP网页服务器
( y6 q1 H1 H) c; x

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)
   ( p9 R9 L! b5 l" o6 R7 i! Z
2. {
   8 u% _* T* Q. O3 Z" t) u; h: f
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # V# K" I: F2 ~( z: g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( H( A8 S8 O+ c" d/ t- z( Y3 @
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; ^$ M0 B/ a, _$ x: B  u7 _+ Z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 u" R/ l% V" h% d* H1 s! c" n; B/ a
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ! M& S+ v/ F, I) e" Z
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    . w' X1 y  K+ @9 O! {% F
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) S5 p% ~4 O3 B* M3 U
13.             return -1;
    / |' o* y, E' [, ^
14.         }
    % m$ p9 S6 w" m. a1 O0 Q1 a
15.     int on = 1;
    " H0 _( |2 b7 r* F% u, s
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    + K5 u' q3 w# G0 D: k
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
      _: n- n# @; o7 a, y' i2 f( c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    1 v3 h: z) Z1 M/ ]6 j: a- y
21.     if(ret == -1)
    * Y+ y  w2 V8 v
22.     {
    : P' `, J% t$ r" n- ]) o0 N" B
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ; M7 }/ g' p- w1 g
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - B: M" W$ r& J$ B0 q7 a* ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    
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)
   : [; j* u8 A' F: i" V# M/ M6 B
3. {
   - V! Q1 P- y$ g' \# i8 X+ c; d  E
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + g2 o" D9 Q( z% k( n) Y5 h0 _) J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    5 V' r# u! }" k8 v. e! ~2 @! \
12. 。。。
    ) h8 @8 S! t. M7 F' W9 q
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 H, m; [( l# K* G
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   6 n, \) }; S; V' ~
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   
10. ...
    7 h  D2 k4 L5 g- O* v$ F
11.     while(1)
    " d2 N  h5 O9 m( {! b3 n
12.     {
    + o4 [5 w( f2 i- h9 |9 d& M1 n
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " h5 Z0 Y/ M8 k! D
14. ...
    
15.     }
    
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;">
   ( S: Q: ~  ~7 b2 `, Y/ Y/ c; d1 n
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" \
   * V% ~. }, S* V  Y9 |- 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" \
   / T+ g+ H0 z, s: J7 {/ w8 Z' ?
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( r+ C. Y+ g1 o" [% q( k: i$ p4 S
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
     v! c& c- e: S
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   # }. A: I/ ]9 R0 w) S: t
10.             STD_HEADER \
    ( x" R- k; A$ M8 R2 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)
      u2 L' p7 I9 I! |7 ]
15.     {
    : {/ z; S; W2 B) @
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 `, g5 K5 q; j: c% x( Z# e
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 y9 u/ @! m3 h  g, M
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   4 e' V  N2 d: \
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");
   , ]8 h' a& N2 g! C9 [5 `$ q8 ]1 l
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   9 `) a5 J3 K( X$ @* O8 d
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , E& N2 Y# d3 \( p& N6 r
10.             break;
    : I3 X' U% O5 ^6 ^
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ Z% j6 z9 g/ P% |
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # V+ n7 X" x" b
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   , |! u+ k: c& O6 q: d& N  n
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( S3 Q5 F& G% a% {2 C  i. M- T! O
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   1 `2 j; I7 n% u4 l6 D# s% {% ?1 J
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ' J5 b$ w- ?; w0 l
7.         return -1;
   
8.     }
   7 c. s% X$ j1 n7 T1 y- U
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 Q. Y2 @9 V6 m. c( [8 U# Q" a
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      I- j/ D- c4 _
13.     return 0;
    4 u/ F4 A# n6 `( J" J* D
14. }

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4 M' e0 K  |9 S1 f
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：
5 Q) d, v* n6 i0 H' y
+ b  y# f! O* G  C: X- O% E

1. while(fend > 0)
   
2. {
   6 s  V6 }2 I  j7 Q0 j
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;
   7 _# W( Z# F6 _) v- r
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      e/ [% z) O3 d) ?. o3 E
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 K. ^/ z5 G$ O. p
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    * |, `/ v. d* [" j( @7 Q1 \6 p
23. {
    0 f  z9 @( w$ n# p# M, g+ E
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

, Y% v/ n7 [! Y; L' L; `

& Y4 Y5 L# s% {
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html