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

+ q* O" M* S5 N* P

( m1 e9 S, \. {- Z

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
6 P$ G0 E: q; Z6 O6 W& @

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。

6 t6 S' F$ w( O" h

* E4 A7 M" z* v0 N

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。

  
  0 F  ^( e! r- Z; {, m- ^3 A! R

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。

6 F6 Q. {1 a) i( [. |9 m( E6 O5 O一、HTTP网页服务器
9 g5 P! [1 s4 u; E3 ?# Y& g

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)
   + Y6 K( K  z5 ^" c. @
2. {
   9 s- Y. V  B- s% Y" ~6 y' F( v
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % z* n9 }, V4 t; O/ s7 e
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   2 K3 w9 F* M: P$ W) }
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   + l8 V; X% n# Y9 t  C0 M
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   - R, m2 E2 Q5 A- Z, {# v4 Q8 @$ j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) R( ~* e+ _( o# h4 z; }1 D
9.     int ret;
   1 b# W) Z: t+ Z. V4 k+ ]! ^
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    , M* i* i1 d# _- E7 i% C
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    2 e% ?4 X) ], T$ d- P6 L
15.     int on = 1;
    % c; J: F0 R2 B$ I# _
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 A# a: ?! E: j5 J6 H1 r' Y# x
17.     {
    # j8 @8 t9 w2 v$ }( V" D1 Q* i
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 c) D8 r1 d5 B+ z* k& t) |
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; {9 P: _$ L4 H/ R, R
21.     if(ret == -1)
    % L+ K1 Z7 M) ^7 S8 m
22.     {
    % B, M2 ~) T3 b" b; N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! e7 A- V2 [0 d/ q
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    * ^7 f7 z2 }1 e0 K" e& t& P1 c6 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);
   ' p: P/ B$ b; @% [% u
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   " X' D( ?% k( X6 ~) T. [" J( C
3. {
   ) h' f" i, s6 K5 F9 {( e) S
4. 。。。
   & F% O; S6 I. m: u1 ?
5. while(1)
   $ N: b% d) g7 m0 [1 p) {
6. {
   3 k$ E+ P+ z6 E5 O5 T. E, K
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 J$ Y- F* F/ ~3 A8 Y' E' w/ O( i7 v
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , T" q6 y6 c8 L: b# A
9.     。。。
   % r+ K8 \- h9 w: p
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . R0 `& I0 q2 ?# p5 s* |8 z' E1 S
11. }
    
12. 。。。
    ' k0 ?: A! h! m+ R3 X2 U
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);
   # A  J2 {- c9 J1 p7 \4 X5 F' D
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   9 {+ R* d: u& z8 h0 c
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 L) i( g; ?9 d# R9 V9 ~
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;
   ) i7 t; \) ]2 q1 y$ n0 j) D1 N
3. int main(int argc, char* argv[])
   9 r: V/ h5 ]/ @4 W* Z# _
4. {
   * }) H4 E# u4 u5 P; @6 k3 K
5. ...
   4 v; I8 f  {4 j! g! Q: A
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);
     y0 g6 D- @% O) H, C
10. ...
    3 n4 F% ]+ ~" b" N2 |
11.     while(1)
    " o& G: U- W1 Z* J
12.     {
    ! O8 M, }/ ^8 h, ?$ @* p
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " P1 |1 r7 \( j& J% K2 i$ `& \
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;">
   1 X9 ?3 i9 K% I/ ^( \( t
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" \
   " v) [. O" O( z$ \; h6 _
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   1 z. ?# u6 T/ j- q! Z; ~
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # J3 g/ c  a9 A# z
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & D: ]( W; y3 w5 M- Z9 ^& X$ T" w
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; x, i' Q  b. }) c3 \$ T
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ e. M7 g+ ~/ ]2 M8 b4 S
10.             STD_HEADER \
    + s; R, K8 d8 a* h( Q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ( g! P; {; C2 {/ d6 g# l3 Z/ d
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 y6 F  E' k* b) B
15.     {
    ; k' H! Y5 P; Z7 M/ ]; f
16.         free(frame);
    
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * P0 |0 m2 p% n9 Q6 n5 h
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . N6 a0 G# B  }1 z3 R* c0 B
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 D0 u  _. W# M+ E9 U' o+ I
10.             break;
    ( f+ l1 F. H0 ?4 O- `
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>

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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：
2 }. }& X! g4 r

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   6 Z+ ?$ ^& _9 B2 F2 u8 Y/ N: L
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % K2 j: `2 o" f  k0 W
7.         return -1;
   
8.     }
   
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);
    * M( ]2 T% f6 d# N4 X% y+ P
13.     return 0;
    % [7 Q5 u+ K0 n4 }* A
14. }

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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：
: Q, F$ J! Q3 `# s2 X3 }

1 }8 e% x1 Z% l7 v. `) N$ V3 y8 Q

1. while(fend > 0)
   3 G1 O* r( K+ R5 P
2. {
   " _7 D# _2 [3 @  c, _2 m5 e) p
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' V% a! y" m; w+ A& a5 {
6. {
   3 z* v$ Z% L$ F% D
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ; b' q/ z; m7 k$ m; r) V1 O* M- n
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    . w/ R* p- O9 Z, c! o4 ]8 k
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 x8 \- n7 m, }+ L
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;
    
21. }
    % o7 m) Y" Q1 h3 x" {7 I% W% Y
22. else
    
23. {
    $ S' ?! t6 O( l
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    % C/ e9 y) W* ]: z( Q
26. }

复制代码

! v& s' M# G1 E1 C$ r) F# o& q

& |9 }/ E" Q# p/ j: XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html