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

7 Y" g9 K$ t2 O) }$ C5 P- N

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
4 ~) f0 b' j& D$ 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。

$ B, O8 T- v+ H+ q; U4 H, n

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。

  
  - N! [" A5 P1 k# n1 l

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
$ G& b0 C$ `1 [

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. {
   + O+ |) }# \0 X% |4 H
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 o* k& t( ^/ z5 U1 V- ]
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);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % z5 z5 @( W1 d1 x: n$ w3 K/ \
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , R9 |% Z3 }- F
13.             return -1;
    1 H" g0 s9 }9 s2 y& r0 e; o. k
14.         }
    $ ~$ q" b3 n! n$ g2 S
15.     int on = 1;
    7 U9 v1 o8 L+ M) x
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 a" N3 H1 H8 B- k* V  B7 v
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    9 {/ ]: E- @5 n4 `# e
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    4 H: z: _9 ]( r4 ^
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    + |3 B: O/ F* j2 w- w
29.             return -1;
    9 T7 Q- t7 a0 L* t; {; Z5 \7 ?1 v
30.     }
    
31.     return 0;
    1 b$ P; |% ~% q6 }1 U
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. {
   : d. q0 U# O$ ^" \. n
4. 。。。
   
5. while(1)
   / h; W! e! b4 B$ K9 c2 g4 v
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - c7 g! Y# o& M& W% V
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     c  u% ~4 j* Z
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # G2 P0 }9 ?- O. U. S
11. }
    , |: o9 g  ]' t
12. 。。。
    ) r& w- E  m) J; j) 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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
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;
   , G; F) h( d" N6 |
2. pthread_cond_t pct;
   $ \( l3 [. r7 l: I) G7 L2 c" Y( O
3. int main(int argc, char* argv[])
   & P' D/ U) b1 r" s
4. {
   
5. ...
     ?! x1 q; \0 t
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - h2 l+ R  O; j; ]/ P  |
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + p+ b3 ?3 M- U
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ; Z3 y5 K9 r$ r# E2 L
10. ...
    
11.     while(1)
    7 @; }3 {1 U3 V+ ~) Q
12.     {
    ' [. _0 N& @2 c2 a+ \3 l) F
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    & Z3 @, N7 M4 D$ e, Q- u
15.     }
    5 d( C4 z6 }* M9 \4 s/ P) s
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;">
   * Q5 h/ |3 _- N2 l0 m* k
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" \
   6 p7 m( u, H7 O; |8 g
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , j5 n1 G8 j* R7 |1 g
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   . f+ r3 j( V# |- u7 q( E0 p5 D
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; z2 i/ {& v& Y+ Y2 d1 }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   5 D1 ^( g  |( P1 Z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   4 V) g$ [8 B& K# o( n8 P
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    , P; S; [$ h# i7 t7 {! ?" D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + }3 r  h! b; g# |% j; j. d- j% U1 J
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) C, V& k2 g! K
17.         return;
    2 j; {$ R8 F) G$ P! U/ v
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" \
   1 v: W* ^0 \4 P2 Y' x% z: x0 t
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);
   8 o3 j" g6 g) a! w
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
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;
    6 R& J$ B$ {+ H' x2 v
11.         printf("sending boundary\n");
    " X9 T3 b$ V' }3 g- P9 P( e. r
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      E9 D$ y  z! v, h7 q
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。

$ W4 C4 H4 y1 X3 v( p; w' N

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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   * P& n8 T$ A2 M0 D" q9 L. X
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! F# c: R" g6 H5 V7 ?3 P3 E
5.     {
   $ J; P/ H; V! r2 e6 V% S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   % w+ V9 c8 A1 P$ X# G
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( l4 y" c' Z5 c0 `6 D
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 E" g. d4 Q/ m" j/ k& P
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 E+ g% k  q# R$ N
13.     return 0;
    ) _9 N( p5 k! d' ]
14. }

复制代码

( i% A: h/ F' ?7 `9 D9 W8 J
8 U  P: w  K6 `) O) d7 R) 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：
5 `$ X& }3 K. B% j

1 G. O' n9 ~+ d1 Y- Q/ O

1. while(fend > 0)
   6 }+ X2 k' J3 F$ a4 C
2. {
   ( K  a8 o' ^2 g" h" O8 j+ k4 X
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   8 Q2 e1 Q+ ^/ t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * G3 S9 q; A( @; j) k7 j: q
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! q9 p3 X: j4 T
10. else
    1 k+ Z/ u' u/ P/ g$ R5 ~
11. {
    . W: `$ a; d' ]* R; A0 Y
12. picture.length = fend;
    ; Q6 g( j. T) r1 w: N
13. picture.fin = 1;
      ^5 F: [) B# ?* G) o
14. }
    ( i+ i) G' g  `0 l
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. {
    9 z+ W# D5 b4 C, O  n* I
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ) H; J: ?; X$ q  _) z0 w( f# \
21. }
    - {9 p  r" g2 _
22. else
    
23. {
    ; A- z/ ]4 L' d3 h
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 ], }  [  x7 y" R! G* B. R9 z$ Q
26. }

复制代码

8 x: ^' h  M; `! W0 [! J

$ ~' q- u- l# \6 Z* G  e
4 N+ H' O8 o5 F. K& }8 j0 M/ fiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html