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

: J3 M( o; Z% T- \3 F# H

5 Y+ C' ^6 X( F* L# N/ T7 B3 {& H

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

5 o* h6 x- [9 o7 `/ p

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。

9 B4 K6 T# O5 P7 O" r

7 w7 O7 o6 D4 M. Q4 [& w7 G

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。

  
  5 Y4 ^+ Y. r* }, k

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。

* c; J9 c( p, K' @5 r% d3 T+ t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)
   
2. {
   5 |- x0 [* {+ c3 S
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & `% k( w% b1 f8 ^
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 `8 q' \' L( R. V$ F
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & `7 k0 k# e# l9 e( p- @5 C0 J/ B+ b: f
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   8 s: d& d3 ?! H6 T
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 M1 I# `& D9 D
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : H) k1 W4 ?  @
13.             return -1;
    5 ?- h$ R& @$ n) L6 ^6 E% r
14.         }
    5 s2 I+ b; N3 w% E; _, u
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ; s4 i0 g2 i$ v5 b8 f/ p# Q
17.     {
    - f3 g$ G/ p3 P9 {5 H
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ' d( m0 u* e; g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      \" j5 F7 `( V4 q) }/ s% H. z
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    4 t7 z' O" C* Y( ?: o9 t2 g
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # o% C( h- Y% ^; X" Z; Z' }
24.             return -1;
    
25.     }
    & a2 N( G3 L2 D% ?# G2 Y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . ^7 h1 t4 `3 Q" k6 M' h" e
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    . Y, J) ~8 d% I- g$ M
29.             return -1;
    
30.     }
    * q" p7 @9 Y7 ]
31.     return 0;
    6 k+ @  g( ]2 D
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   " D7 [- A' K/ \( v  y0 p" q
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   3 f# R+ M( W0 f
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    5 u! v& V' L: t& I' V& ~  `( O8 Y
12. 。。。
    5 k+ ^) }% g+ g7 z# }2 s" u3 H  Z, B
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;
   ( e0 d. G& ^5 k# W  w9 Z8 D
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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. ...
   4 P& {2 y, D+ {7 n& o1 k: N, u% o
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 s. F$ o$ {! O( |
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);
     e2 w2 w- p6 N* T
10. ...
    & r# P9 u1 {+ L7 i$ a+ X  ~' Q
11.     while(1)
    
12.     {
    , b$ g( f' t$ Z6 }. e6 d; x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    0 R2 D( g  L/ ?3 h) Z2 O
15.     }
    ) F  C/ d1 r2 G5 w
16. ...
    5 o$ D4 _2 v' Q, |& p
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;">
   + R5 O4 h0 ]8 ^. X: |& @9 r
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" \
   ' ~, W6 a2 e0 E* \, r0 z/ w
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 L, N% Q9 R  B: {+ y  V0 @
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # b& }: H9 y0 [4 r
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   . v" J/ a7 K- w$ C
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   . ]1 [) z' ?2 I: S
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    4 w( B/ q! Q9 k4 e
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) ], ]8 [/ v+ }
12.             "\r\n" \
    5 ]% r" V) P. r# L6 d
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 X% ]( Q; v2 P6 f. G
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ t0 L7 H5 y! W
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' ^& a) _# ?' l: U) |
17.         return;
    9 @5 A* {) P4 n; o  _4 Z
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" \
   7 E: u- T) o' A' E  W
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * |* |( p3 ], I' o5 o1 |. I. U
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * E# ~7 l5 Z, X$ J2 @& Y5 ~
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ) j; h" ~7 ~: O9 q& o1 u7 Z0 O/ i1 _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " c; t( ~0 `0 ?& j: m) e' y
11.         printf("sending boundary\n");
    & K9 x7 V; P( ^, I( A4 s: r
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % o$ K# f6 o! L2 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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
1 d9 T; t; M1 M: d4 m

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);
   / ~6 j+ `) Y( e( h( v* {0 E. h
4.     if(*socket_found == (~0))
   . J5 `5 _) V4 [2 `" M. [9 R
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ; W# L" u/ m- y! }, _& n+ P
7.         return -1;
   ; Z2 D% ~2 J5 B/ Z
8.     }
   : D5 N1 Z& m5 W- E% I9 s, {4 i9 j
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( V* X/ P1 t. k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) @9 S+ I- C; {. N
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 Z# Q1 `$ M, A, F* A; b* g6 X; Z
13.     return 0;
    
14. }

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4 F8 E4 i/ [/ T( x
6 S) E) u5 s$ C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：
% W4 m& R' C0 w: R' V2 Y4 {, N

1. while(fend > 0)
   3 o& k2 t3 \$ j1 r& |8 e, a
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   2 b* @' O4 w. A1 i( W4 B
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   4 T! f- f( X4 P# z% x& Y1 W
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 ?  x  Z7 l2 h
8. picture.fin = 0;
   % Q$ F  K8 ^# k; ]
9. }
   
10. else
    
11. {
    4 ]$ I0 P* z/ w2 ^# t  V% b1 \
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 A$ R2 S) l7 C9 m; w0 t0 [
17. if(sendbytes == -1)
    / n6 M' q2 g/ S6 r
18. {
    & G" S$ O% c7 s" \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : o. v7 |# x7 J' S! {4 z2 B
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    & k. Z, b; `( T# t5 ^; u2 H
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! U0 E0 P. X0 A( |' X. }
25. }
    
26. }

复制代码

( l/ ^6 H( Q3 O1 Y0 a  [7 G& U

: m' [* Z3 y- p7 X
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html