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

7 K* G. c7 t+ q7 N2 R. Q1 c! A

* O( w& S( j: E! m

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

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% G4 f5 }: M+ ^

# i0 m3 i9 q4 l* S, g$ q- L

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。

  
  / E! K% v" |" |8 a0 f- ]8 r4 u& N1 B

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
& d$ y" p* l* [+ T' N7 c; F

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. {
   5 u( d& u6 N( a! P0 g6 s) p
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! t2 r9 o1 g5 H" s) W% P* w- D2 ?
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);
   - w! W" g/ ^- m# L* b0 b' F  R
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   - t: I& q# S/ g7 g  m0 g
9.     int ret;
   1 O0 k" j  k6 A  y( e6 M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 F5 p) O3 l$ k  m$ Q! X
13.             return -1;
    ( A, o. P# x, ~
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' F- ~" O/ {9 V' f# I5 g3 h
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    3 ~9 z! `! F$ S$ N- D+ b3 y
18.         printf("setsockopt error\n");
    * Y  H2 k' _4 q7 A0 a  q
19.     }
    - P) t0 O  Q3 h/ L1 e; o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 e# e$ \) L  A& \4 E6 F
21.     if(ret == -1)
    % i7 h) ]2 c* ^: ]$ j
22.     {
    9 v- s, l* Z* B/ f/ ~" P% o1 d
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) G! ]) A/ O" `% C# b- u
24.             return -1;
    1 v8 m6 X3 Y5 \: y" m& Y$ g
25.     }
    7 a  }/ c' C' s' _+ W* E2 o, x
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - ~5 Y& q6 ?* [' y( j' [
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    5 R$ t$ b9 r! B% g& ]; x
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);
   4 i% m2 K4 R# y+ T7 F/ e' ^- g+ Q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   $ E& s' P! X2 @- d& d) n
5. while(1)
   , j: B7 t0 D7 \0 @
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   : Z$ p. g* x6 [: g
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - N8 z: g9 V6 B. l2 @2 ?) D. _. M, s
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 J2 a/ |8 V" }7 v) V: }
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + u3 E0 C) b$ g1 A$ P  N0 k5 J
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
     o% P. ~7 S' r+ N& }  ~( c
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   4 H, E% {! K6 w$ M% \
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;
     W4 X7 Q  l# C3 A6 {( z/ [
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   " Y' R; V( u$ e! M1 Z
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);
   ' t4 E2 w" |4 P5 P! m) X! t* |
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   # Y" l* u6 }( |1 Z' Y1 P
10. ...
    6 u( N' c- W, d- E6 A
11.     while(1)
    
12.     {
    , o$ M+ O6 _; y5 p. x, `3 z, [
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # n: r/ ?9 ~, B, q' t0 A" [; M  P
14. ...
    ! y! z0 E' U5 r  }! X& ^, 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;">
   
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" \
   + M* a6 j/ A) A' }
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " o/ o# c: x: A( k
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - S* T- N: i. i7 b/ Z3 Q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 I% Q1 K3 v8 C5 l/ Z0 M) f
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" \
    5 S, ^0 u! g6 O+ A+ u, v
12.             "\r\n" \
    9 P4 n% I0 H8 Y' ?, d0 T
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 `/ v. ^0 N- \; X0 o- c9 @
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) V4 Y1 [4 h+ x4 ?$ H) E9 M% R
15.     {
    / K( ?( `5 q# m5 n) J
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " ]4 \2 a' E' g8 ]1 W( b; a
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" \
   - j0 u! ^' i  y  D& z0 E' H
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : f. f% _! `  E0 a  T9 n
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - E( ?0 a3 o- o8 {+ f  ^
7.             break;
   & I; L8 J' m" o$ g0 a6 J$ i: K
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    2 c9 w; B; n! X. b' N8 d
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>

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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。

  T; c4 X" @; O2 g+ l$ i( ~二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
5 L# t- _& G) I1 ?$ g6 y% |  y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % b* [+ M7 _6 q( N$ y- k
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 D9 V: ]- ^5 P8 f' |, e
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ; b4 W9 y! y1 Q9 n3 y( }6 R
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & ?6 y% C" B7 g8 j) t
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * K9 V7 I! x  F: `* W
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

+ A8 h" w" s0 j4 w
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：


) @% r6 p6 s' ]: G6 I$ {

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ' G( o9 V' T2 D
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) |3 A* |+ d( t: d2 D4 Q. B- l7 b- r
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   . X  n0 \: o3 A4 N% l+ E+ Q5 ?
6. {
   ! N- Q2 A: W1 |" l# c' a
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ) u. o7 U: ?( z: d: I- O, q3 d
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ Y. F# y, m1 Z5 l4 ^
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    4 u4 b' K: w$ N
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - O  g, \6 j6 U& T) j4 r0 M
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & x% t; a- c, s) s
25. }
    
26. }

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! x6 n0 k; c5 a5 k7 P' w! s0 p

$ s. |* K$ h. O) U+ V" e! q, wiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html