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

( r6 I5 r, e9 C! [  [- t) j& e

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 }# y' p; i4 @' z1 U! ~
) T! ]& `- Q1 T! t' L9 _" C

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。

( E: F/ p5 r/ q# L& u

* k) p" @  c1 M! N$ y. ?4 b

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。

0 \: d4 |% f2 D: E! Y7 b一、HTTP网页服务器
. K4 B  B, t$ u! [' i5 `

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. {
   , t1 M* p# l. N+ W6 @' k
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 I- {% p% P# o0 f
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   1 O) O0 D2 r: H
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 |" H! N& j/ B; w
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   / t; `- x" B  O% K5 n  s# j/ O% A; G
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
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);
    4 X1 A' @, U( d2 s  ~
13.             return -1;
    5 b9 u* e4 _9 g3 `' ]
14.         }
    # {4 @8 Q: Z) M' `
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 ?$ f$ g) v- ~; I$ B+ y: c" h
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    . h* Q/ G' e& }7 @  a& v
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - a4 o, K) M& h& A
21.     if(ret == -1)
    * I4 m* L' `7 Z
22.     {
    / x$ z" H2 D3 q7 R8 J9 d% C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) j" I% @! \& ]3 w6 s
24.             return -1;
    . h" \; T" J+ f/ i" [9 t0 i" l
25.     }
    - u) p! |+ {( s+ `
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " P* P4 n7 h) z! Y4 h* d
27.     {
    ! D2 y) I0 B6 ~7 j# U2 E
28.             printf("Listen failed!\n");
    , M4 b0 M! a: R5 W5 B+ I5 \. f
29.             return -1;
    
30.     }
    1 {5 H- W! X" l& ~
31.     return 0;
    - S, D; Y, G6 p, T7 y
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)
   & R4 y8 e1 [, p
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 U/ H8 [0 H, i8 [- P8 `
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   # [2 ^/ o, Q/ g. K
9.     。。。
   ' w! p. R6 P1 l
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - f# j, Y% }% e$ g& I! r
11. }
    , Y; \2 l$ v+ P  i
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! p% A" s6 H0 O# f  o2 w5 w8 K+ P; l+ j
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 [- x7 G9 v! y3 B1 _, ], o% z9 m
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 g: q, j7 ~: h7 `
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * P& P5 o% S+ Z4 a
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;
   . N; T: A8 u5 ~1 d
2. pthread_cond_t pct;
   0 U  a9 q- y' L
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   6 G0 L; R1 S" R0 Z+ g) `
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % K- @+ H. q5 r( r. b  \; `
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 I. X, E4 O. Q- u( {7 g1 I  A
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. ...
    , E. F$ N2 s- O& E( T5 K0 v
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , P: M8 O  v4 U% b
14. ...
    " L+ P* s- C& D/ Q  s
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;">
   : g# `+ j3 l( H- {, F8 {3 z
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" \
   5 b2 b- P" J: G& 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" \
   $ H$ j" O4 z  ^+ [1 @' f7 D. d
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   7 b4 i4 q2 `+ a) ^$ Y9 D! x
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; o+ z2 j* i/ [
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " h7 ?1 R' e  c5 m" u
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , y( c5 z+ c9 ]  ]& u
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( k4 z: C4 }. b1 j( P. f
15.     {
    + O. v9 q/ ?6 X+ e# }7 ]3 R
16.         free(frame);
    
17.         return;
    & D$ @* A+ \" L  K: w; h4 j
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" \
   $ Q! E1 T4 {7 K; o
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 y/ [; ?/ E: v4 O* r" e% ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , `7 K0 F+ m+ M+ l5 A( y% b* x
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & k5 y5 [1 q7 f2 [
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   5 y, }+ R2 x% F* C* E7 I
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ B3 I$ R! z# i- n
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    : S' u0 `" W, Z; {8 D( N! r
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , H7 Z( M# C. |8 Y
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 s" T" x( x/ W- Q
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。

% |' u) n- x3 a

7 L3 U% {4 J+ k; X4 R8 r二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
6 h9 w$ k: U5 l* e

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ( K* h6 I/ l. D3 R4 F
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + R9 J$ j4 @1 X  B
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   5 T3 a( E$ H7 w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 ^6 a! h/ W) X0 m) W7 i" S
7.         return -1;
   
8.     }
   . f. n3 e  |9 \1 J0 M  Q& E
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( v/ W! ^4 b9 `* D$ `
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 m" v1 e! H+ C" _6 X# q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % R3 A2 F3 h7 T
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    . R' X/ v, c8 v8 O# J" z; S
14. }

复制代码

" N6 ]& e6 c" E# M$ [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：

% d( h* ?& C+ q/ U% S( `

1. while(fend > 0)
   
2. {
   $ }/ o. k0 b! K2 j/ I  `) e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 f2 Z6 _0 I( `. t1 ?  u
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ' w7 q$ ~6 A4 f; P: l* y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   0 H" h# T( X) M, q* v5 c8 `, k
9. }
   , {  w" w1 N2 N5 E2 @+ Y& _! p
10. else
    : P0 V$ B# Q) e$ j+ I% b) T2 ~8 c0 L
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ; @' X7 F, Q, ~- A* b
13. picture.fin = 1;
    : S/ d% l% r/ g( G( z3 @
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)
    3 v( Q9 O5 E& I" H; q" o
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' P8 d% x6 g# p; Z. }- U( x
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    - H& Q; e- s: m( f( B6 m3 A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 E2 J# r  ^; j. B4 O* c
25. }
    : ]) r6 w7 `: g6 d6 {
26. }

复制代码

$ w. K! k% n! G& {) y! g
6 ^4 y! M7 y# e" @( Q/ x; S

0 ^. g& h3 o  y) K& Z% NiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html