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

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。

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。

  
  7 H5 U; ^$ z, S! \" h

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
) e: n" k& h. R7 S) b

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)
   1 w/ i+ ]7 y' }$ S* w. ~, e
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   % d& l& `0 W% g5 {4 H0 P* Q
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   4 G: e/ ]3 J4 P  H  }
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   / P# F8 j3 B$ T7 z
9.     int ret;
   # _  p1 I4 D6 d8 l/ ?7 _' _
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    & u* f0 m/ {0 b* v4 d, u
11.         {
    3 y$ Y& R6 T" V  W% u/ U
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , u2 Z% N+ Z4 X
13.             return -1;
    % n; c, \# @% d8 |3 p! F- {
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * x1 {2 {  t# T- J) B+ X
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / F& J* Y' n, U+ i" W' R
17.     {
    " c; d" Y6 X1 z' {" M
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 O# ~( f3 t  _8 d3 x9 C
19.     }
      C- R5 `1 M! A" i. H0 c' g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    - x2 O9 m6 {$ N) x
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    2 e7 E# Z- e# L" h6 o
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 Q' f8 o5 O. x# T5 E
27.     {
    " b% M( k6 z* w/ w9 o: s
28.             printf("Listen failed!\n");
    4 s8 a/ b8 m) b7 @  o
29.             return -1;
    - R# W1 d" P5 p& l. z8 W% N5 d
30.     }
    / ~$ j, [3 r9 G* o2 E5 _# g& h
31.     return 0;
    ' w# L& @2 k2 e& y0 l" l9 g9 v, J
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);
   8 V8 k" m' Q5 T* ]8 T" \
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   / O0 q3 D* U/ Z  m
5. while(1)
   ( z! y4 I8 w  Z9 s/ B
6. {
   ( B* k6 ~5 K+ q% A3 {3 k( [
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 ~# V- B" F+ z! w5 O
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 E* E# |! _# c3 ^, B( G7 f$ [
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ' }8 q" r+ q+ Y! K0 [- X
11. }
    
12. 。。。
    , ^5 c- q4 `; }4 V  }$ X% F' ~. @
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;
   4 c0 `' g4 \+ N: M7 D
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   $ N  i5 c$ ]- s5 Y1 v% |8 N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 }5 S+ g$ l. i  E* C
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   1 V; l9 ^5 W" ]% ~+ f& s
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 Z8 w% c1 i- m+ V9 ]
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   3 c' t, E6 K) O4 ~* J, S. J% \6 N
10. ...
    . R7 a, Q( V& r: V
11.     while(1)
    & o9 M% `! Z: j( E5 _2 B6 g4 `
12.     {
    - F$ y. G# T& z  @! v
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 m8 y- r( K7 h" U& R2 p
14. ...
    
15.     }
    ; v$ W2 s9 y3 A7 X! H/ H0 f% P3 u# M' ]
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;">
   ' W) J) R2 [: }! [0 Z. M: Q( b( O
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" \
   6 Q% d! s, `2 D6 O) P$ _$ ?; y6 Z
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" \
   : i  w3 F# k2 H; T; 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" \
   
10.             STD_HEADER \
    & q6 [; E5 c/ P/ c& J1 `+ C
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - @3 p8 N% p$ |! Y2 H, \
12.             "\r\n" \
    , M! @$ ^% s7 @" m
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    $ V. i. S. H" \8 W
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    : P% Y5 A. ^( }
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " z( j- g  }7 h* Y  q* q( d9 X
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");
   1 H' B3 ]1 s) E: ^9 ~- p# J/ X
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   2 B1 ]3 R4 N  b" z# N0 |
7.             break;
   9 G! Q& K9 L* }9 Q" w
8.         printf("sending frame\n");
   $ W( V# [; i5 M; h3 |9 [1 q4 ?7 ]
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ; F8 ]* ]: l  ~& J5 _5 Q" B
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 e- m: Z/ ~! d) ~% i
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; N% m# _) a+ f- U
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：
) Q6 Z# z5 K9 B! L6 X

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   1 i7 d/ g, D1 f2 p) ?# e+ m( `: k
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) B7 R7 G' Z6 X. o+ u8 d
7.         return -1;
   1 v# c% ?0 P9 D5 |* Z
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);
    
13.     return 0;
    
14. }

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- ?5 e* R" f3 E4 t+ W8 _6 R* w* F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：
% }6 N4 q& t9 `# ~& n6 z' e
! s+ E; [) s& [: ~

1. while(fend > 0)
   4 g' _. I  d8 c  @* n3 ^
2. {
   0 N! L. f7 M: r& F# G
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 j$ |  C1 {. f: m6 ^
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / e. f0 s' y5 M, ?- c/ \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , f6 w0 Z8 p5 e& W/ A7 f
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    9 I/ j  b' d, k9 [8 `4 F2 E
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ) y! c" l+ I! z$ X6 Y, K
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / |9 S5 @$ t! n8 I* A9 f4 e' P
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    $ _" [; i; g; }% C
18. {
    : Q9 G* {: p  _& p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " _# a3 @0 l: P- H
20. return -1;
    + G2 g" h2 e3 r* e+ J
21. }
    
22. else
    
23. {
    ( I, p& l  k. o* L, S4 H
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' p7 _4 w4 h0 y7 z- q( w
25. }
    
26. }

复制代码

, r: n" j5 N9 p
: z3 W6 {5 u" C

5 @5 F0 l2 J# ?iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html