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

# m8 S* n& ]/ Q: ^: [# X

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
; R3 F( |! r: x7 W
4 Q$ h' r- L# E' e1 p! m

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。

) `% g; c/ M7 C: I) n3 o" ?

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。

  
  - P$ \  Z6 O. E6 N

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。

$ \( }* x( P- o$ [: S一、HTTP网页服务器
. r0 K; Y' \4 ]) X8 t

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. {
   * N9 ^1 v5 [5 W9 E
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ! [: H; F/ i+ E. r2 \6 U: \
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
     n; R& p7 N  u/ I, K2 a2 f
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   5 X; E5 K  |; d9 ~
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) e0 H. `: r; S1 l" w* @5 f2 Z
9.     int ret;
   , J: V- o' L. `7 |$ Z
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.         }
    
15.     int on = 1;
    4 l4 G$ C# A! e# H' R2 g: [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
      ~# y, d) N. w4 ?5 s, I6 R
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ; B: q0 o4 B7 }+ z
24.             return -1;
    
25.     }
    * k4 f+ C7 Q; C' n" ?
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % V" W$ ]' k" H# V
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 ^* u. m3 x  c- C" k0 r8 |4 Z
29.             return -1;
    & e) P: g( V* ]1 F# J4 F
30.     }
    
31.     return 0;
    
32. }

复制代码

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. {
   . A' R3 G4 m* C6 Q& \
4. 。。。
   $ h( t4 U2 K( x& V, U1 {
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.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    9 S3 `; r) f! V6 J- T0 Z
12. 。。。
    
13. }

复制代码

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);

复制代码

线程互斥锁使用之前需要初始化：

1. pthread_mutex_t pmt;
   / B, y5 c/ P; Q  P) f
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   , B( M% Q; q: b- o3 v
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; B& T" e$ ?) m2 a' V
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) c: F0 l( a* O0 O4 i
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    4 [. f  s" Y- ~9 u  q) E
12.     {
    2 W" X7 g' V- T' E
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 w, V' i' |! O  X1 g! I  \
14. ...
    1 M* G6 i$ p! u' F) s! q
15.     }
    $ R# E7 _; @# K1 Y3 K, K
16. ...
    $ K" n+ L) @6 r0 x  p
17. }

复制代码

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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   2 ]9 O5 L' c; x* h) ~
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" \
   6 b" s8 M$ {, ]3 w( ]  D' j
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   # F7 s, S# f2 |* o
7.     printf("preparing header\n");
   
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" \
    1 e3 ~6 {+ q5 Z
12.             "\r\n" \
    5 B5 P8 W8 e& \7 s0 d" D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ; a& x/ p5 S7 k2 `! [
16.         free(frame);
    
17.         return;
    , [6 c5 Y; t6 V$ H0 \
18.     }

复制代码

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" \
   ' K1 O; N5 _8 u  m
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 [. z+ E( V$ t3 _2 ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
     _0 z: r7 U6 t. g8 n
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   0 `0 R+ [9 ]7 F
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   4 |( `3 E4 s' l- `  {0 Y9 @
10.             break;
    9 {/ a9 T) w. o7 Z1 {& j
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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>

复制代码

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。

) G! M2 s( y. |) }) R7 I7 i; z

' {$ h( O+ C( c- F5 y二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
5 a2 A$ I+ t; D1 c! m2 b

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ' f8 T8 c- X& l! ^- \3 b, Y
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 s$ E5 r! y  f
5.     {
   6 I) O& _6 a1 V1 u! {1 W: c1 w: U4 }0 ^
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
     `# j9 u8 a5 ]# ~) g! ]5 B0 `! D- f
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   " Y- B6 ^3 x4 }1 ^3 z# T
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + V) g/ ~1 \; L& b  b. ~' ^
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 a& |/ m1 L: l
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

3 P, h2 b0 U3 b
$ t7 i8 i$ N1 I5 l- L3 v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：
2 l) ]' `8 l2 V: B% G3 z
# J; k! f$ M4 O# a: f. S
  m- e8 {1 |2 b' t3 k

1. while(fend > 0)
   " N& ~( _% O, h) z
2. {
   % R1 q" Y9 Y% Z& v. j- J! f4 _( @* z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - U& Y5 }7 ]5 D+ z$ S: f" K# ]* ^
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   , [: B" m7 R" B  |- n  ^
9. }
   
10. else
      x# ]' s* S, O
11. {
    6 \4 c! X/ y# `% G0 R# h, ~
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);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    - F' V9 f$ @8 p3 G' f: S5 g6 }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    6 \9 G4 z, Y% G5 Z  [- k
23. {
    - \! I* F) d3 ?! W6 E4 s5 T
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + z  Z5 c$ r% a: G+ ]
25. }
    
26. }

复制代码

4 x1 @9 h8 P+ E

) K0 ^$ u7 k/ Z: F
' u* v- E5 a& @. N! siMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html