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

9 o. Y+ H8 v$ [1 D' v* F

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

7 M9 ^) L  }- ~

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。

  
  0 v. K4 j4 V2 w" O- N3 ^2 p* N0 y* Z

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

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)
   * V' d0 F3 I# \) l' @3 j. \
2. {
   7 H" y! h$ R, j1 A4 x
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ H: F) ~& G' ~8 ?9 V/ k* S; \
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   . B- h+ y) b8 U! G
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ! _* c- I$ \3 j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   7 y) L* g* ~: i4 \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ) Q7 ?0 T  J( ?- @: {- a" k
15.     int on = 1;
    # ]" K$ {- c6 q: B* h, H
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 w6 g) p, F' P" _
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    1 F0 @5 S7 ~+ K) i8 S- H  a, B7 T
19.     }
    $ ^# ^. X- W' B* L* r6 J) a
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * M8 q6 _6 ]' l; C1 G
24.             return -1;
    ) N  j4 e2 E, u: ^  u' H
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) d# n" D: P, c& {. a6 N
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' F$ R+ \6 u5 }+ ?' {+ n9 A$ u
29.             return -1;
    3 F3 m4 a: x2 G& Z/ E2 P# \/ k
30.     }
    / B- Z% ~: Z! S" y' Y+ _% s! B
31.     return 0;
    9 I( i. M& Q0 ^) T
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);
   ( t6 |) n- R1 E7 j0 c3 K5 a; q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , K! y" [8 I1 v/ S+ A  u* L4 V+ t' V
3. {
   * _/ _+ w  y9 [% q" l
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   . H+ s; Z4 K: B: |2 n, `+ G
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    / w  \, K5 F/ p; {
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);
   8 i. M/ j  i& M9 p) f( t
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! {/ j/ C6 u7 @) |, O* a) w
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;
   ; Q* U4 ^) S; K
2. pthread_cond_t pct;
   / B$ c+ d$ A/ A( j- J3 p  \8 Y; `
3. int main(int argc, char* argv[])
   # R5 x- O6 [) h3 Q
4. {
   
5. ...
   % R* c& ~% r5 ?( f7 e) a4 Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   - `, |/ A( _& w, x4 n1 Y/ E% L
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   $ q( }; `' O; L- z0 G/ a
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   0 m( I7 x; m3 j, x. t
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " _) K& c+ R- p; l0 a& t
10. ...
    * }8 H+ s" |* Q) x, @
11.     while(1)
    1 S$ Q9 ~4 I. I1 V! _7 Z% ?+ j. Q
12.     {
    3 i  @- L* m- O; G. I
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    - F6 G2 n7 e. Q
14. ...
      i/ V# b! g6 G
15.     }
    
16. ...
    3 e  f/ h/ ], l. @6 j+ g
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;">
   
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" \
   4 E: h% t- i& G+ @9 {' L; ]
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
     o% u" u+ v( w" G, u( ^- r9 T
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   / F" L! ^% `/ P1 O9 Z
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     ^4 E  Q. Z# |2 L
7.     printf("preparing header\n");
     q+ E; a9 l( k6 W( ?
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   6 H  c4 X5 E/ C0 J
10.             STD_HEADER \
    : A7 t0 m, I+ s7 Z% A
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ! U; x8 k2 ]9 d. L$ K6 e
12.             "\r\n" \
    * ]: q1 [# S; b$ J2 h1 p
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    7 @: |' {3 l. G. @" j/ l. B+ D  _+ h
17.         return;
    % _3 E5 k6 T) r# R
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" \
   $ A2 X5 f9 U) t+ W1 c* M  Z+ L2 \
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");
   " K6 _8 u+ c6 a5 t! [5 ^
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & N# t/ F* `- C, z9 S& A( D
7.             break;
   5 d% B$ l' o, K: \
8.         printf("sending frame\n");
   / ?& u+ p; L9 e' i& e
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * e1 h) p, F: `! a' ^( ~5 \1 |
10.             break;
    7 g7 `' \2 y" i1 u* o3 L
11.         printf("sending boundary\n");
    $ [) ], F: Q" k# ^: k
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    - R5 x* K  H4 h% T; R$ `2 b
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 ~" Y" w4 J2 i, A3 P2 x
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。

0 s0 J9 R( U! W" ^, x# T( f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)
   * \/ I; H' Z. Z3 ?8 O
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   : H5 _/ M, e6 d3 u3 B
5.     {
   3 T# m; m* `/ N  K! a: x
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 q; R0 |8 ~) i; V) w" e
7.         return -1;
   5 q) e! T, G' h1 g: S+ o
8.     }
   " S0 T0 f" m2 D! N$ e% V8 W& X
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % j& N, W+ A1 F! |2 j7 O. D, L
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! R8 Z# h. r3 P6 G
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 {$ d8 G/ C/ X1 z+ M
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
      g* `2 h$ l6 |
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)
   ( |7 ~% l& `# i
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + y2 Q) G" s  Q/ Y( N- C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & ?# @9 @" z6 `: Y8 {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 M& ]) v/ P2 p$ Y: c- t
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 o! w3 R7 W$ X- E& D; m5 T% Y
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    & s8 g3 i% s/ A& T! ^/ D, N
13. picture.fin = 1;
    1 a1 i& j! x+ b  i* L; F2 b
14. }
    
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. {
    1 x( B+ D5 U- X5 M+ ~0 e
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & }( j2 T: j  H! S+ ~9 a, c
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    - K  _# Y  W! \6 a/ @
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      d) g" `, x% |2 L, M  S" w! c
25. }
    8 g/ A2 I0 F( I" r5 G, X$ r0 L; {
26. }

复制代码

3 S5 l9 K# H1 j) piMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html