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

3 Z; J5 V3 k. A% q5 H1 f% Q

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
2 P7 W, ^" P3 Y# v
, o6 Q  a1 V' D0 X

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。

! T7 S3 m7 l! d. D+ Y: y

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)
   ) I$ V4 }9 t0 l, }. Q* m
2. {
   6 c' G$ a% |% I, c1 p* b" x& L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   6 t  g8 Q2 s$ R. g" g  y6 e1 j5 [0 c
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   - q0 K3 _* V; G1 D' \
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : i4 Q) m3 V; t3 X+ f9 F* m8 A! ?
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    6 P1 e: p; R' t3 d' r" N: p, t
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ; |3 X1 o" M8 j; S* _/ y! s' d4 _: o3 L
13.             return -1;
    3 d) F& H0 J; x& d* J/ {
14.         }
    : W* r: W' F. a/ \
15.     int on = 1;
    $ e! T+ c) }% p3 s; \0 M
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 ?$ q; m. v' p$ e5 u
17.     {
    ( N* P0 a" ?+ L- p
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 S2 K( ~. @) p: p3 {* ?3 O7 J
19.     }
    " }+ H  G; R% `) J
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 R# ?7 F  f% s/ i% z
24.             return -1;
    
25.     }
    ! h; Q3 E" B/ y% u5 O: b
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 n6 Q# x2 B8 G& H, Z
27.     {
    & L; V( K" C6 R0 ^
28.             printf("Listen failed!\n");
    - b, w1 L; N6 O) j' S& x# \
29.             return -1;
    ) p9 z  p1 O# O& S
30.     }
    
31.     return 0;
    : ~: a# H& {+ ~. {
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);
   8 r& O/ H& x- ^; q* t, f7 c
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   0 K! w! Z# {6 e: i6 k1 ]
4. 。。。
   ! Z) u; L* a9 k2 t7 p6 z
5. while(1)
   % g# b& ~. z! @2 }* {: u; X9 E
6. {
   4 a/ w! x) q8 W
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   * ?& G8 M2 L! N( K$ K9 O5 C: e
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ p0 T# K9 {- g1 P$ \0 t6 ]
11. }
    
12. 。。。
    4 f5 \8 O2 ~7 O6 s5 ~8 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);
   ) _( i0 X0 E& k' H0 m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   2 W- |* Z/ `8 Z' ?5 g3 z0 r8 I
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 E( S9 V7 p/ H: x! c5 n
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & m" A, B6 L2 f7 T6 p4 @
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;
   5 q7 T& ]; G/ T9 b9 o: z& u
2. pthread_cond_t pct;
   ' t1 r1 V! ?6 _" i# {
3. int main(int argc, char* argv[])
   % ~+ @' P* r4 W: u( \/ c! h
4. {
   * D' a  ~4 L/ P5 ^4 D* B
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / w$ k% D! P/ J" `& ?
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 n( @4 K- m/ j. u1 _5 f& L9 x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ' l: J( d% D+ F. K# O( A) p% v! c
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    7 D3 @" s, D: S. e; E* `# `% ^
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) b" w: n! {: \9 t- v
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    - q( r2 b0 c# h
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 x% u( }/ K& n3 L4 G
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" \
   ; z( O7 b7 r" v* C. y% G) ^
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   . D; f, X1 w: e+ y. d
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     K7 s$ ]8 B" M1 L$ U7 G$ j
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    7 I/ F# m0 T- a# f  [( j
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / w; a% h. D3 N, V
15.     {
    . I, U, H: F) [
16.         free(frame);
    1 w& [" T+ K. L( i
17.         return;
    + I- `+ S/ \* i
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 o$ V: i0 K" v0 u1 F- g: H9 d+ ]6 k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 W6 L/ m8 f: s; z1 R3 g8 X
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 v( N  G# v. n1 a) F) |8 t
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # I: c& X: N% y% ^) H' x/ v5 v. f
7.             break;
   
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");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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>

复制代码

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。

* q$ K7 \# e6 k; {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)
   
2. {
   ( k5 s/ o3 E9 D- ?
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   " ]# |6 u% m) P9 I
4.     if(*socket_found == (~0))
   " T8 S+ F  r: J0 Q
5.     {
   8 @) v* c( k  }3 K
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   5 Z1 Z# r1 D) J+ U0 [. F# Z+ W0 Z( r9 h
8.     }
   2 W% t* h1 W8 s- M
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    $ {1 P, w3 e* I" N+ ~2 P
14. }

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( E' U* _7 v' T) y& t1 r$ H
4 }, @: i5 P5 o% J5 `; T# h/ z: s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：


7 j  w: J: [1 j7 K

1. while(fend > 0)
   - ]% u# g: B/ o4 V+ [# x
2. {
   + V4 B- t5 o! w8 ?8 |& h
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ' Y/ V7 T% L  A
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( D/ l" |/ s! _( s* z# p( v+ I: I
6. {
   & w7 _+ ~) o! [0 s2 M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + S8 m8 Q$ o5 ^- v4 v  q
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 s% }7 y8 ~& p) Z
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");
    
20. return -1;
    * G8 Y; O& N, C) G1 G8 m- R
21. }
    
22. else
    
23. {
    $ F9 P* F4 j% R% z
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! {' q9 y3 b8 ]1 I: V
25. }
    
26. }

复制代码

2 i6 L+ ?# [+ B" Y. V/ B( _

, b" ~& N9 V( |/ ?4 s! x; m- D
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html