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

1 E' `, c% T4 v1 ~! V

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
3 v% a( F" R& x+ M  c- i8 j, B
% U% L8 w" a) |7 ^& ?6 A: y, S

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。

  
  4 E  s/ `& i  v

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。

3 q4 M1 a+ u( k/ j+ W/ n9 P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)
   $ U  g* q' A. `3 }2 n
2. {
   5 L7 Y& N% D, g- |
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 l$ J( p! U5 O
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);
   
9.     int ret;
   , Y2 W( c) n  y9 m8 ~
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 w  d8 _: y; p2 X
11.         {
    0 m& T- U5 p% A& {* d) O/ l& O! l* l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) C1 L2 f# }% f. R$ S1 X, k+ U
13.             return -1;
    ) p9 U4 ~! O1 e- @, ^. `
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 c  E5 `* ?% G4 g+ z
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    $ z8 V7 N' ^% R7 ^0 l% r2 X
21.     if(ret == -1)
    ' d$ g9 H' k7 b: m
22.     {
    ) f5 ]( k( F7 I- [
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    1 r8 n& M  j6 L; y+ H
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + U' V' R+ \: a! [/ @6 x
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   . ]4 f$ j8 n, k# f/ {3 g
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   , I0 N% s+ Y$ q* X
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ d! s8 V2 i" d- U7 {( D
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    - R: c& `5 }' p3 }) }
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 p- e/ W9 W5 k3 m, ^$ U, Y% W
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " \( R& n6 w' ~" F# o* _( z: P
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   0 {! `) I+ |" }: t2 Y: `
5. ...
   $ w5 p  r) ^1 a$ q- e4 ]4 R2 D
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   2 t- A2 s! C' }
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);
   
10. ...
    . @4 a8 J& g1 `+ }
11.     while(1)
    . _2 Y2 k  |1 k4 |7 x7 |6 O( z, E
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    4 G" G. @1 b- k' D* n& p2 j6 _
16. ...
      `) s6 w; u' @1 j" X) o
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;">
   7 i8 Z: e: {9 B& @0 y1 A
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 U# n% S, D5 Z0 L
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   6 O: `$ q- y/ i) K8 q
10.             STD_HEADER \
    3 B  c+ R$ ?% |
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    3 Y8 F1 K% I" |: g% `5 V9 n8 ^& @
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * g7 O1 V& [; L! A, g
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" \
   " `- i. ^2 q# u4 i
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   4 r% K$ ?* L5 c2 C7 o
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; |7 N& [' E+ N* q
10.             break;
    - c( t( V# F1 Q, m
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / F* o8 {- W5 N+ [
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。

" e7 N4 B% N/ N3 ~- R$ x% D

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
! I- h" l$ L; Z7 ~/ K

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   7 c& n8 o- `1 O; @
2. {
   " o: P! U2 U! Q" D
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 {/ I9 q9 L7 c6 w, H! g
4.     if(*socket_found == (~0))
   $ Z# R$ j6 z$ x" \' d
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " c4 g. S  e5 t- @, d: _( t7 a
7.         return -1;
   / d5 U- k! r9 V3 J. T6 q3 @
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! T7 l; x1 N6 T" s6 L( E- ?" Q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 z  k1 w9 z$ ~2 o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    & P/ {- S1 m. K
13.     return 0;
    $ i4 r! [; t2 w/ ~% z
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：

1. while(fend > 0)
   & D. K- v+ B1 s$ f0 l2 ^# O
2. {
   $ O, F6 B6 S0 V. c4 {# i
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   * [! q( y1 A) E9 ]
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 o/ P- m4 R# q
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ) V+ Q' J; {( k/ I
10. else
    & O1 {( M) |, o. ]0 A
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    / d+ ?7 T  ], h4 N
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    $ D7 i6 T' g' e( ?/ b# U9 C  Z
21. }
    " L3 E5 y- d1 y+ e# O& `3 ^
22. else
    2 Z+ o1 D2 d1 K. c
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    - m1 J; C7 }% z
25. }
    0 |: q& i- E5 `) e3 l
26. }

复制代码

; y' `+ R, r" L7 u  x5 N+ i' [2 O$ A

) @# N. k; S0 c& tiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html