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

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。

  
  7 j5 v; J% A( e6 R+ ^+ k) K1 k% [

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
7 f$ F4 ]' d) Z

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)
   $ G* x$ h" x3 R3 A' `
2. {
   3 `) x% Y- e3 `
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' q" `' G$ K/ e  l0 C9 U' e4 z/ ]
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ! g! ^; m2 Z% R8 u5 w) w
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 w. W2 \8 r) w
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 q# H9 N! y0 u4 O/ o
13.             return -1;
    ! e) h' ?5 _+ N( O$ b$ R
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 F$ ^- b/ s' K  B; W. }
17.     {
    0 u* M! `% V! z+ \+ q/ I" Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    $ i5 g2 Q  L( g
22.     {
    ( i8 {* k3 R) ^5 V' F" s9 K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) m" l7 ?( u! |9 l
24.             return -1;
    ! a4 N% F4 f+ s& S  ]; ]( t
25.     }
    ' A& m9 O9 S% ]/ U" |6 ^
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    # |' u# G  ~  O; N( k# t
27.     {
    ! f/ t. O& H$ v. b" z2 I3 n
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ u% p. R! n- K+ w
29.             return -1;
    0 I6 C$ L4 Z! ^; i
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" @, o. L3 H* _+ j' x! o
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
     k  {, \+ P5 R' V6 d, \8 ^( l6 \
4. 。。。
   # L# R8 N$ \6 a2 B# w
5. while(1)
   
6. {
   ) u7 p: C9 y8 N' e
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     k! F- j& X8 S  Z1 j3 B
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   . r. @7 W1 n& X; V5 S
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   0 r% Q3 ^: H) }  ^- `5 m% \% w
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   9 W( h- {; Y1 `' v5 @3 a& B4 P
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;
   5 O' E5 H% i5 R% Y0 W  M6 c
2. pthread_cond_t pct;
   , T; M: W* D- o6 r+ T
3. int main(int argc, char* argv[])
   ) d; x  o% d4 Z( Y
4. {
   
5. ...
   8 r% h' j2 w/ i* X! [: [9 U
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 @1 m: l( ~( R* {
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);
   5 U* e4 J  d. |; q5 y- j, w
10. ...
    5 A" A8 C4 B* |* e/ F
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 U; x$ S# a+ m- N8 r" s, t
14. ...
    2 r* x- z& m/ G8 U
15.     }
    
16. ...
    ) [; R: I" a" N1 _# A! X. ]- o
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" \
   ! y0 q+ m2 J- O! k
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");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ! j6 \& B& F! U1 M* P# O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    , e& P2 k' l# g
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
      g+ |" C- U0 `+ m; ]
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 N# H1 Q2 ?- z: d# ]& C8 P6 ~
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . Q; o+ {; [5 c3 ]+ u6 P4 ?9 P2 M$ P
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) X) f  H% p( h/ a# H
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : K/ I/ _+ p+ G0 C, e$ m+ J
10.             break;
    
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>

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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。

% t3 b4 v6 g7 T2 y- j

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
1 s  V4 y- T0 h( S

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   9 c" O* o) X: ]# A
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   4 U$ B, }- K2 I: P% w6 [
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      q% u5 b  T( Q$ N1 Z; ^( J) l# V* j
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + K& I7 H- p. E" Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    7 i- @7 B- Z/ ?- E8 {3 ~8 C6 w0 q
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：
; q, q& y, _1 i, m- f7 A& j5 u
0 Z3 t: f, z% v4 w

1. while(fend > 0)
   
2. {
   5 M. y/ n5 U' H
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) u  U: t* d8 v  ?2 p
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   - ^: M: s& T9 c0 q& |
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   4 A. G7 ?7 g6 j; e0 |) N+ U
9. }
   
10. else
    
11. {
    : u$ f9 t5 B' ]" n0 k
12. picture.length = fend;
    " v! r6 n. e# J2 x  k8 ~. O* Y- g
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " C/ P2 p7 y) @& B1 u) R( s, {1 `
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 P9 o8 C: V2 b+ N7 O
17. if(sendbytes == -1)
    ! w/ p% A: C8 i. m
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    . z6 O* @" c; d3 O! Y* _1 A
22. else
    " `% Q* J: f& l
23. {
    1 a, d. C& o* |1 C
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 d9 i1 f: O4 P( t* U
25. }
    ; X5 O6 ^' z9 i* C% S
26. }

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1 ?4 V4 B, S- q
1 p# H) v. b% Q) O9 g% FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html