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

: X) h" [7 ?, f8 [5 P. o$ a

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

% y4 T$ n- ~9 C% c/ ~0 L( 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。

+ }5 W+ C5 N8 G  @( i9 m4 B2 @" R

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。

  
  

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
3 V0 \! G; j/ P

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)
   3 f; i- g. h$ P0 S; C
2. {
   , n4 F1 ?* o+ P, f0 N
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);
   & W& I! |/ W0 [! y* G
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) H* b. b9 X- w# e
9.     int ret;
   : c* Z2 d* R% I4 z0 k, e* r
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    # r2 ]; |; `1 A8 o
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    6 K. k' @; R: y6 O; a  g
14.         }
    9 |0 V$ I6 N- H$ [! C
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' N5 X) N; [2 W4 @& N5 ?
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    & v6 R, |7 f/ U& O7 |; \
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    5 O( `- E) ^$ L! F# B# C6 {! Q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * n) D" B1 K: ]1 R3 i& o. n( A
24.             return -1;
    
25.     }
    2 o; b5 ?% _9 e% L7 [2 b% N/ X
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    " B5 Z! g* A1 m1 O3 v# q
28.             printf("Listen failed!\n");
    . N" }1 e6 s7 y) _
29.             return -1;
    4 r$ a! i, A% O: I4 U9 }
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)
   1 T- i5 V5 ^5 m! z# ]* y3 ]
3. {
   ! S' w0 W, J& E
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   1 C/ h% _3 F6 e  [4 {
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " \9 e9 E! G/ [# l8 K
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    + ~+ T1 I7 o8 \; E6 D( Q  [+ }
12. 。。。
    & F2 b# U6 {# T, y% t! d
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);
   6 K$ k& Q. \, S% G! Y  ]7 t
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   7 k, a' ^+ z' Z' v- l
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 T+ e7 M( ~$ g! p2 t4 E. b) b- S
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' N6 i/ E. w# x" m" L
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 i9 R) X4 a. _+ l  E: [
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;
   " `( F- J5 Q- M$ C4 Q  y+ }; O
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);
   6 U1 [0 c$ ?& P5 b' L6 g4 J+ n
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. ...
    * x, {  \! e5 S& u: x2 b" Y4 ]: q
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & o3 Y; D' H. {7 h/ G0 `8 ^- Z' I
14. ...
    : z+ {0 t9 r6 f: y4 D1 n. G
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;">
   4 f, N' y. u" U6 O1 t5 H+ |" G
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" \
   - J2 J2 |7 a# M2 K; s
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ; n) x1 d. B  g! ~7 S' a2 r
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");
   , f7 }" C6 x6 D1 J( M0 R
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" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 a9 p% s+ |4 A$ e! x/ I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) F; `' u: [. F+ I
15.     {
    8 h. T; N% V0 E9 u" G" h3 U
16.         free(frame);
    3 L7 E, u- j3 S9 ?- J
17.         return;
    + h9 W3 D6 P1 W# G0 J0 b9 Z% [: n
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" \
   5 k0 A- n' J5 r* T$ q, V6 E0 R8 c
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
     l2 v/ J0 P3 z) a
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");
     I; Z# @; X7 r  a1 c
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ) _: D$ @# f, q  Y! j( v, m
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 v! Y, J% C% B" X0 I8 H
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : I, o4 I- N# @; y
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。

( g9 }* D  n! f1 Q2 ^

- K. I6 E) i6 }. s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)
   
2. {
   1 w, y# [3 O1 |5 `
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ! y& N) n7 }. c: N) G
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   7 g- w, B" x3 |" S: Z& O
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 f2 g" r% Z- x% D2 {. V, X
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 \+ Z1 |4 Q2 d! g9 ?4 _& |
13.     return 0;
    / |* }1 x# F: d
14. }

复制代码

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：
4 p; P7 p0 P& A$ T7 W2 b9 Y+ Q
6 a3 J0 F( D" e: v

1. while(fend > 0)
   + y- R, ?5 r& h/ u4 J  b8 t/ r
2. {
   , ~/ x) S9 b; [3 h/ s3 H& R3 [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ! [$ W* t9 T" l1 ~; n1 Y2 _
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
      a, C+ Q2 m5 o# e0 y
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . L# h3 ~* e$ v+ ?' o% ~
13. picture.fin = 1;
    , i0 ]  D) `' u; U* U! n
14. }
    9 ^3 t( k% k/ M. N
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 y" i2 Q5 y1 p  T
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ; E! D9 E' N$ O0 Z
17. if(sendbytes == -1)
    7 e" e/ S) Y  Z( Z* K' L
18. {
    / t# B/ {5 d& q# h
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 {4 o" q9 ^6 v/ o
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    % N# _- T: }. ]7 x
23. {
    : u& S+ r' x" U) V' g/ n4 `
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

% V: g. E2 G" p# X* T6 x8 S- S3 B

5 D2 l, I' ], y  `, _) _3 U0 u
- ^: [8 V: E( k+ T/ f/ P# hiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html