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

( c- W6 G  M6 m
  E% m' {1 }4 _' r

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。

' H( P* E( d* ?

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)
   
2. {
   : Y' d. F: c# l
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   1 J( R" J( c: X1 k, t' G8 Y1 A& ^
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ! \/ c* Q; d3 D  l; P7 |* A) [
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 J1 [4 _' w0 \3 v
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + W4 T- y+ K  K9 V! y& T/ {, X
11.         {
    ) A* `4 ]: t* L/ f- ^* k. t
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    0 }% H9 X3 U  X" X7 X5 X
14.         }
    + B& t* Q. r5 J& T3 E
15.     int on = 1;
    
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);
    7 P$ U2 U/ ~/ o8 \4 S3 U
21.     if(ret == -1)
    $ w% X) }$ [2 E* U/ T5 L" l
22.     {
    : L2 h7 |6 f; s/ I/ x% I2 F
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    : I" z) U* t5 C5 W1 {3 W, {
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
      b' W- Q& s5 {4 ]0 v
28.             printf("Listen failed!\n");
      s+ s" {4 D/ }9 N# t9 I. W
29.             return -1;
    " }! }6 y) K/ [) j
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! n% u9 a# q# E, y8 M4 p
3. {
   
4. 。。。
   " o1 ?% l( X  y/ d" \
5. while(1)
   
6. {
   % E  f2 `0 Z5 O3 Y5 u5 q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   5 \& B0 |. t$ ]2 V) J
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 r3 A9 L, `- n* M' Z. m" r
11. }
    % s1 U/ q4 H0 k- F; \
12. 。。。
    * T3 B, J; m9 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);
   ( H$ D, b, t1 K# R1 x9 T
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   , L4 a' w' [+ W! R
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ( H( v4 t0 s' o* G
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' k* L: t$ @. s
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;
     o# Y1 y7 \7 m- K8 q- K
2. pthread_cond_t pct;
   + k9 m# X. d7 I4 o
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ) a1 ^0 O+ o/ G; x
5. ...
   " B5 N5 s/ i# @% I% l' D: P2 l) K
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 x; S/ g* M: {0 u9 c: l
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) j( V! o) l2 {
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    , z$ Q/ P- j. `7 L" z- e
11.     while(1)
    # }2 K, g4 T9 r  N, Q) y8 j1 X0 i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    3 s0 I2 ?% `1 g, a2 T( d1 X
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + j: |$ t- X; D- v6 _$ T0 v# p
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"
   ! \8 _' ]4 @! L2 E" q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 D3 I+ j6 k3 V  E! G' x0 i' U; l
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' c! y! x! K- W. T1 t
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - u- n1 w$ e/ x/ `2 p
15.     {
    
16.         free(frame);
    " X  p+ z1 s! Y5 M! {
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" \
   * s8 t7 W- A' W
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( E" Q3 L% q# ^' {1 R1 w" y
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . x+ `1 Z% w" y1 S4 _& P
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 [9 u9 m7 C7 ]  t# n
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / z4 l# j) a' |
7.             break;
   & ^0 C' ^( D. z$ @" S* h3 ~. b. `
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % d' I/ ?0 a9 \. y+ ~& U9 b
10.             break;
    4 \* x# @3 a: d5 @, l! o
11.         printf("sending boundary\n");
    ( }" D% m, [9 ]1 V) _* h2 ?( b# q
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & E( i& v" B8 o
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。

: \, U# u0 A4 }% O/ w3 q0 G2 E

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)
   6 j4 Y. v3 p+ j  }$ R" A
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     M5 y6 J: H: I% F0 _
5.     {
   - a5 ?0 d& J+ G& ?# [
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);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
      M5 ]- X( a4 J
14. }

复制代码

$ S9 [/ }; H0 Q- L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：
" T6 i  y9 z. Y( `* Y
' h3 g3 r. F- N; p7 h' V7 b

1. while(fend > 0)
   ( k( i5 t6 F8 I# e3 A& ?
2. {
   4 H1 Y  ]. C% e5 v  o
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
     i1 K" ]% v' I9 E/ ~0 B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   2 G7 }$ t' l" r9 i/ M0 k- w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & Q- H2 u  |6 {1 T. s0 S1 @3 L' a
6. {
   ; X# {+ w. e0 p. g+ H" {2 \
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ' i3 O, e: G0 N/ r5 R) @
8. picture.fin = 0;
   5 |4 t9 C) n" b* u! Q
9. }
   . I* Q. ?1 k1 u% m, q# p
10. else
    
11. {
    5 [# |! {2 g* h: v! _7 }
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    0 ~. c( M- U5 q& J  M3 X) O
14. }
    + n/ u! X/ b* m7 l% b
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 c6 c, `1 G- f/ Z8 B
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . |9 \* ]  @% S4 U8 {! W5 ]! Q3 q, ~3 c
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    . j; B! K( _+ ~4 b2 b
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    , l( b) T& N& p7 Q/ M# V7 }! S
21. }
    5 S) t( k6 ~0 `5 E9 C
22. else
    2 f2 C& M0 |) @+ F) v8 o
23. {
    % _) h- t) x& ~# r
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    $ ?2 V& ?& @% C" c, k. d" ~# q
25. }
    
26. }

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7 Z' ^: \4 c. y  x

2 i0 t( W4 d8 g- {8 K
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