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

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 J% E& Q  ]# T6 }# e+ r  K  N

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。

; z) x3 F* X" H

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。

  
  ! I2 b2 W  B( L) C9 E

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。

5 M, {1 [$ `& M/ b  L一、HTTP网页服务器
8 ]+ Z6 r6 C8 ^$ F) v8 L

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. {
   $ n* I  m5 V7 ?3 M3 a7 b- N
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( x! h. c; f/ s( v) l) v
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   5 a, |9 S, @' F- @; _. i, C1 |
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     |( }* ~' _& e: \, |
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # y+ @. e* v7 l6 G/ f% S  C- R
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 Z( `; [+ z0 \) j
9.     int ret;
   $ Q) ~7 J7 H# v1 ?1 P5 O/ k* A* K
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + `8 @7 d9 J8 N# S4 H  S
11.         {
    1 \6 w+ J+ x, i
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    + o! p9 d8 C* `% P; l9 I
14.         }
    4 A+ f& K' q* \  M
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      y% |4 w/ n/ v# H4 e
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 R1 s* q( v+ Y1 D. \
21.     if(ret == -1)
    7 O4 f' {6 F0 l, R! V' R1 I2 M/ M9 H* B
22.     {
    2 V2 a. e" q6 E/ L4 T5 U  J3 {; H
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " e/ Z! z4 @0 T* J/ u% S+ x- `
24.             return -1;
    1 h8 z% |8 {' Q5 K1 y  l
25.     }
    7 k4 W: M. z& P5 R! U* W
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! J6 Z7 t( ~" X2 B3 Y& ^
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 E  s% Q1 J" p# I$ e8 U7 J; _
29.             return -1;
    & t0 o0 y6 I5 |7 F, ]1 L. v! d' X2 |
30.     }
    
31.     return 0;
    
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);
   : ]* E# x) }. O8 n) v( w
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   - F3 A. `0 ?8 S$ W5 Q3 o3 Z/ D
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # o$ J% \" m/ C, }7 }5 E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 e5 U3 i! g/ U# H9 F8 X
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " P0 E2 N1 W! S- e
11. }
    9 |- f; o5 @+ ^* t1 w6 c4 O! b
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);
   ! ~; u( ^' B, G$ S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 O# s- w/ b2 y. M  n; @( e. E
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;
   3 E* s5 \7 [# l
2. pthread_cond_t pct;
   , M* N: o2 W9 g& K# H$ ~3 m
3. int main(int argc, char* argv[])
   8 [; p, @, ]9 l$ J2 d3 g$ ]
4. {
   ; ?7 r9 u2 r2 R2 H( z
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . ?3 \1 Z5 W5 L# y# e: }: V; x
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    ) s' x% W; T: C* I. {7 P
12.     {
    & s$ X0 T# E7 \& D6 v! Q! s
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    1 b4 s) F6 p/ g% L; i6 G1 b
15.     }
    
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;">
   
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" \
   . B" ~8 f8 h  M$ `2 a) x- r& w  c
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.     "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");
   " i' q# ~) r8 H9 s; C
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + r* ]& B0 u3 ]9 T: C
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & ~+ b! b* M- Q9 R' m
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    + Y9 j5 J/ I& L+ Y+ E  N! ^
16.         free(frame);
    ! p, M, w( Q* k$ `$ |
17.         return;
    / Q# {, A$ Y/ T) ^7 T5 O; J
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" \
   5 F& p  e, A3 M
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 g+ H+ w* l* q( [7 U5 m+ Q
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 `: W; p# K& c# u2 H
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ( i& l6 ]/ F" Q5 _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    3 \+ r! d3 F3 G0 t% W8 D1 c/ \
11.         printf("sending boundary\n");
    / P* r+ r5 Q" T) ]! C( j% Y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . w! m9 n) V/ P" M  l" z
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。

; A; ^* G8 J) k9 M2 U: U2 i7 s二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- [8 M- q5 D4 h: B

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ' E, J6 R1 w# N+ B- C) f
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 h; p' F( w# M* D
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   1 M: o7 v; h* N! x' M6 j
7.         return -1;
   1 M1 r1 \8 E1 M& ]0 x; ~+ ~  D
8.     }
   $ x+ b8 m+ W- I* t( e4 }
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   " s$ Q! j+ X: n3 O
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % Z1 f$ k2 N/ P6 J6 |' H
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ C5 K6 A" L' v# S. o
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 |# k; n- M* ^( F3 R
13.     return 0;
    5 l# m+ o/ G$ B. Q" [: S
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：

$ Z" m5 @2 f" W/ H: E( N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 S  A1 F+ M) ?
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . D& A+ N; c% A% U  C! ^+ O
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   1 M' T4 Z4 T' X# x- u+ [0 d! q4 [
10. else
    " a4 P" L6 z2 n! v0 F+ h& v
11. {
    , G& h3 Z( z. M! `6 `, s6 }
12. picture.length = fend;
    4 `0 B( w6 C; }- _, x$ t! f2 K
13. picture.fin = 1;
    / v) A0 v" m. y* h. D
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 U' l+ K- n, r* T+ m( x, \
17. if(sendbytes == -1)
    3 `7 i" s: O; S3 W& C; f6 A: Q& V
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . k! Q0 i# q+ U  _$ [
20. return -1;
    0 I& i+ m9 `( l  ~3 u# @4 Z- u
21. }
    - e' r, i# ~/ d* `" p' z6 o
22. else
    7 o0 B# ?/ n. c, s* [3 s6 h1 |3 x
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    9 y! f: L; n5 f8 ~  e0 y) h) j
26. }

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& P4 {+ R2 |, t( P. A  b8 V, h2 _

  f3 C; [  v4 n2 |iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html