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

# @$ h$ [2 G, g' R

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
& G7 f' s3 D: N/ J  n( {
* T+ |8 G" `% q6 D) Y# K, 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。

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。

  
  ' P# W  y* X1 q9 ^% X( ?8 m( i+ a

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
, |1 @# ~6 g5 E1 j: d* v5 [" c7 k

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)
   8 J- T5 x1 Z6 V" D5 Y. ~! ^, @
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);
   2 K' ^3 N6 B+ }0 ]: `
9.     int ret;
   % Y, P1 V. i8 y: H' g2 N1 ^
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! E1 C. `& I7 ?7 [3 P5 F
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( y6 w  N# e7 Z* T, L- T0 F! b% s
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * R$ q" y% @  q5 c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 A5 k( Y) D1 G6 [* ^
17.     {
    ( \2 A. ^* e/ j$ e  Y, i
18.         printf("setsockopt error\n");
    * g/ m, b" l" E1 V
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 n9 u1 d3 V% H% `+ S6 q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' D5 a" s5 J$ p* _
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
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);
   5 V( h+ k' K+ X
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % c  f+ t! U$ A, G, s% e& c8 e! f
3. {
   
4. 。。。
   ' ~9 y- [+ E0 x8 ]8 B
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");
   2 U" M! _7 M5 f! y
9.     。。。
   & ]' J' y' S9 T# Y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    6 S; x7 g# ^. k1 z
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);
   7 p/ p. F) ]( X& b
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   2 S. b% q) k7 q0 L1 h; a* f
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 n6 K5 Y- J: J
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' F+ x6 `5 ?4 K. ~
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;
   ( [' p7 Z$ j3 o7 p  F8 e  u
2. pthread_cond_t pct;
   $ W5 k- ?6 A2 C4 S6 {/ ?9 `6 A
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ ^- ]  t7 e8 U% f) p, _2 @4 {! f  ]# m
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; E; k9 h9 S+ j0 b) Y
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . [0 O( U- C7 @( N3 N0 a+ n& y/ B
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);
   / |; N! R9 h! m/ R
10. ...
    0 }. ?; J3 F5 O7 s* G7 R
11.     while(1)
    / O0 L; u/ i. a) W. e, I
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    2 W3 ^! l% P  Z1 s; Z/ I9 D
15.     }
    
16. ...
    1 F1 ]4 K; m1 X# R! U
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" \
   * Y, c' l& w0 b7 k* x6 m, D
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   5 ^& }- n4 N! y7 B$ a6 W
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # a7 q0 g# b4 G
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   : s. l2 ]' V$ p; q) Y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 I$ r) U1 |6 Y- \4 g: _
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' b* P  ~* S# @, y6 M
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + D8 U$ N9 c- R" F) ]5 U/ M
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - \3 P5 A/ b/ f. N* Z
15.     {
    & C9 t" X6 O9 b/ K/ v
16.         free(frame);
    3 E; ]3 r- @! z. N5 q' b
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 z6 Z- }! m; m
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * z7 x9 Y2 }- D3 M7 f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   $ C9 p3 i- Y5 e! `
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   0 C( l4 `+ m8 J8 c6 Q
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ _5 E$ O+ N7 K
10.             break;
    2 O+ |7 _0 g6 g7 `
11.         printf("sending boundary\n");
    ( d) u7 h6 S& m+ T
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 Z1 O  o* Q: m* o/ l9 m) x+ O
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ }/ t3 z6 K0 l
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 W. H( T/ N) y% C

& h* ~  i- x( \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)
   : e* ~7 _0 d* r5 N' _
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   9 D9 o/ B) r* p2 L. ~: q7 k1 Z) Z
4.     if(*socket_found == (~0))
   & t( |  u3 h% c
5.     {
   ( T& A% |9 W7 e2 m( {$ H- _
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   + _+ _6 u/ g: z& h  ~2 |/ h
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : T5 Z) L. F' Y5 W, H: s1 W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . Y5 @( c1 x% B8 b2 t
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    0 t0 P1 \% @5 N6 }. N
14. }

复制代码

* y! p9 B2 ~' ]* r* D
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 t) n* C. a' x* B) I. z3 W
7 h7 [- K/ @4 Y; J( {' p

1. while(fend > 0)
   # R; D$ f, g4 @9 i; v( e  ^
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 A1 o# j. ~5 Q1 J  |7 B6 T
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ i, n4 r- l8 m0 Z4 a% S
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ) X* S; {. C9 k* T
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ; S) a8 w  {1 |' W; }
8. picture.fin = 0;
   , y0 N7 x: h' Y  n2 K: @/ y1 _, k
9. }
   
10. else
    - ]4 W6 ^9 Y8 L2 s; W& g& w, r& m
11. {
    
12. picture.length = fend;
    8 [, l1 H$ c/ f) h1 F* }
13. picture.fin = 1;
    ' W/ p4 S9 C0 X9 ?3 o
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 O6 ^( r6 A" [5 Z
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    % i! {6 R! {# H* Q8 X% l! C& f
17. if(sendbytes == -1)
    ' ?" u4 i" A6 T+ `! W
18. {
    ) ]+ m2 z/ f/ K  {6 C8 y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    8 y8 u7 V6 P4 `# Q7 G+ z
21. }
    $ h  |$ K, c1 ^
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

2 h/ |' ~  r+ _3 a( ?/ H' v

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html