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

& q. E4 n+ V- I  ~' G

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 |$ [. e0 ~2 l8 W$ y
+ g5 ^0 T& w) N: n* O

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。

7 I  b+ }, _( _; R  T

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

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)
   + L* y' \( @0 }8 S
2. {
   5 r$ T! b/ |8 R) b+ s, N$ V! @
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   3 g/ q9 @/ }& D4 I! L
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & C) R' L- V) ?: |8 B+ g% t
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 t7 W1 L8 S3 _3 m: X+ n. M: |$ G3 q$ B1 {
9.     int ret;
   1 q( E# P& w6 T7 A, \2 B8 m
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 |% \2 F( m. r# K) p7 H
11.         {
    2 n/ Y' M, G3 J) c
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 `" i) z5 `% e5 A5 g2 @
13.             return -1;
    3 Q' x% d, S7 r3 K
14.         }
    , H- B+ d* @+ s. x' \/ `% B8 H8 ^
15.     int on = 1;
    % m% e2 A+ ^7 K, P) w; p( s" J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 X; \4 S% C9 d: k' l
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    - p" J! |$ O  @( G( l
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ' B' Q+ U, f3 |: R
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    " G7 I/ B. `3 F
25.     }
    3 ^- `- u% D% `& J( D
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , g4 f- L7 c' O: F  a
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    . I& L) q) o4 T/ Z9 W
29.             return -1;
    
30.     }
    # h% V7 F' o! X; g  A) e0 h$ a7 ^
31.     return 0;
    8 t/ W6 K% e) ~1 _% X4 [1 A! }* H
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);
   & G( p# C3 h- U1 J
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   : T  {# n( X: a
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   9 ]3 a; n2 q# u' J, m2 N8 x; `6 x. \
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. }
    " c1 N) l! Z5 M* c, W9 M+ m& S
12. 。。。
    
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);
   : `/ S  @7 v: f' t5 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 _& n/ B* K% ]0 W, g# |
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   1 @. {$ x' Z5 X0 a* m* 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;
   * }3 B, P/ f# |% }
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   0 h/ B1 v. E* _( `! w- D
4. {
   : b4 c% H; J  u7 e6 a# H* J
5. ...
   + R6 @% R- U" i! Z/ O8 x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   $ Y3 Y# R9 }" i* ~+ L
10. ...
      u( ]) ]1 g# O8 i' p$ A
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) ?" l1 L1 o8 h4 {( e
14. ...
    4 R4 ~1 e! m* C) G  M1 u
15.     }
    . i0 G: v: \/ `) c" [
16. ...
    % g# `3 K; B9 q! n6 {3 u
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" \
   . L6 Z* t% W7 b. @7 H$ H
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   6 N' t) p9 s% [3 `1 t- J
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" \
   0 Y: K1 y' L/ E7 z- W2 _
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ! W' ^1 k! H" v* j
12.             "\r\n" \
    1 P4 O7 \) j6 ]8 g' F: h
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 i, g/ ]3 I/ E' u- b: z  f
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   & s$ Y, ?  s5 S$ Y
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   9 E4 E* {; f' n
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * e* a7 R- f3 }% |
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ( p# R0 [. `1 V1 b
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / g8 ~4 ~+ Y6 D$ T
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    + L1 \7 Z4 U6 f+ `, Q5 c
11.         printf("sending boundary\n");
    4 c% N$ F2 c; b" b1 z6 G8 Z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % N- a4 ?1 y* \! g' N3 ^6 D0 b, }
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

3 q9 E  l: a+ R; U6 h二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( O/ i0 S4 ~4 \4 |, l$ W: Z* U& X

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ) [# g0 C% z5 T2 }' W0 z  L1 F
2. {
   " p/ `) G0 f0 B9 I2 @
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   : b( \5 @; t7 Q2 v' B
5.     {
   ) G/ R  I! G7 M( F
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / w  D  `1 N0 K. c* d3 A$ s
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 O, v& B" A0 C5 G
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 p, M$ l2 s, a% H, d4 O3 T4 r
13.     return 0;
    . X: \, L7 x8 b' s" f
14. }

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3 K4 D0 r- k" d6 ?
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：
. v' Z/ C9 N" _7 d' {

1. while(fend > 0)
   8 v( F' f( G) W: b8 r7 f
2. {
   8 \5 Q. P6 I* f' @1 K- f
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & _& @1 ~4 p& X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : L! k+ f9 F5 H8 b, _
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   6 [2 ~( \$ S& O2 d7 n, M7 q+ R. j/ f
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 [* i/ R& \% a+ N
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    # G. h1 [, _/ B3 V
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. {
    7 d, s" ]* U5 J; c; L/ E' D
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / c% W( d3 d% b7 [
20. return -1;
    
21. }
    5 i. m. o/ E1 A
22. else
    ' {/ K6 E1 @0 O2 L0 A# g0 [* b" n9 l
23. {
    ) d' H7 ]; [* s0 m. F, y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html