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

% S, N7 f& \, i7 e+ c: i

! l" k; K" ~9 t- J+ g8 d9 H

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 O; s! l8 S8 i) `/ u) k
, ^  E) z1 s- t3 D$ `' E; x

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。

" ~$ P+ S0 N; `/ {' c8 X( C

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。

  
  1 X7 e+ v* h) f/ J0 j" D4 ?; B

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。

% G: L) ]4 y  ~  i6 F一、HTTP网页服务器
; O2 F" G, v  n6 O$ G! O

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   8 k$ G, U4 \& E7 n1 W- b# K* Q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   , U! j6 s; t7 k/ U
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , t" T/ P3 m9 P
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   6 {/ I4 G4 Q1 L1 g3 L
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 u; j/ q& [" a( `# F
11.         {
    5 A$ t0 d8 S; O+ @6 s
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 \- D- E- l8 W1 N. n3 V# Z3 n
13.             return -1;
    
14.         }
    & \% f! l$ w( Y. |+ z2 H- H6 E! e+ K
15.     int on = 1;
    6 ^) l, b+ U; ^$ ]& }" C
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    " `7 U: x# f4 {  x& M
18.         printf("setsockopt error\n");
    1 o2 A0 K; c1 }2 F) f9 E
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , L1 \: V  \" y6 A; j! P7 u
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ( J- X5 F  D5 L. p" b5 p
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    # u  q& ?% B$ @: ]; u: ^
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 f: ^1 J" O7 H
27.     {
    3 |& F1 G* @9 h, A0 i' [* X9 d% S
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) P! x! T. ^. H' }. |
29.             return -1;
    7 `- D" j! w" K, ?
30.     }
    ( U% I: c8 i4 @# _& N0 R1 X& ]
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)
   6 w6 G0 t2 O/ j) I0 r# ]. v
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   % D% O& D3 R6 s3 j& f- T) _
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 \4 f/ ^$ s" ^( j& q5 Y9 R; v
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + d+ ^" ^+ P0 S- ?/ D- P# _0 i
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 `# I8 R; r3 R6 C& I
11. }
    ) [6 K* _& @* o0 k9 n. D! E
12. 。。。
    4 P6 ?2 H( O& e  q2 ~
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);
   ' G) u; E7 h' p: ?7 t  L
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   / _' B$ X) Y8 h$ s7 n. }3 _* |& U
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 u7 A8 g) _- B0 [8 ]2 r
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # l) U9 f, E# v( t4 s
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;
   2 a* ?+ T$ |3 s2 @) R! n* Z
2. pthread_cond_t pct;
   * |' [+ R$ o& k+ R& s0 m
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   1 E" {  _- h7 B1 i
5. ...
   & W' \. @$ ^/ [& P( u7 q
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) j4 o; K' s! p2 z/ j8 R8 J
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   7 \5 w7 {8 G# Z) M/ e
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ( ^0 @9 R$ I# I7 T5 u
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ! U1 \8 ]/ ]& O9 z
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;">
   3 z7 ]& B% g  O5 C2 F" f: ^
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.     "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" \
   1 b: Y2 A- E8 f5 m
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" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    : \5 i9 r: `% r4 y
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    4 P7 ~. q& d% _* N& G
12.             "\r\n" \
    2 d9 h- h1 d9 l" ]4 z
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 k: F6 {1 A# l3 |8 u3 B8 a
15.     {
    / P5 w. x) I6 k3 W
16.         free(frame);
    ! q1 p$ A! E$ a/ W0 C& H1 s- ^
17.         return;
    
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" \
   / w( ^- i6 X* W4 U
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   4 t7 J0 N9 H$ z! b) r
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   / o6 K9 w) N, [
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ; P+ {2 }6 R1 C0 x6 [  G; ~( U
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    : j3 W1 L- Y+ g8 o' [& N& A# s
11.         printf("sending boundary\n");
    1 A0 g0 n( n" o4 T% q3 u$ K- a
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , t0 ^2 ]0 \3 L, l0 c- {3 R' O# d0 D
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。

2 L+ d# _$ ~" A, P3 z2 I9 K1 O二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
! Z% [" s+ Y4 D" W7 c$ y$ K

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / Y8 f) N: M; E' W- o  w8 z
8.     }
   ! i/ ]1 F) _. @4 }9 G9 \
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 C* v/ m- T+ o
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ! f  W: t% |' O3 d8 U  D6 n3 g
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ' A5 `( [7 y+ d
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

% s$ G! R: a; d8 O7 Y
2 v. Y; W" j9 c1 ~, s  `7 n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：
0 J7 ~6 H+ v& {4 G

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ) H& u2 A0 b- R4 ~2 O: V& W: e$ \
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ; L; {7 b5 R, M9 R# k+ L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 k4 q( N  a( E$ K' Y" @6 t
8. picture.fin = 0;
   8 @" b4 V9 O  l& y1 ^3 E, b
9. }
   
10. else
    
11. {
    2 m2 a: f( |  i& u$ J% A
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    1 f* u) E/ T# H; f3 d  |7 U) K% Q
14. }
    " m& o; S2 v; e/ s* U% b* n
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 {3 [$ ~8 k1 K: }6 z1 I9 g0 w
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ! d" }0 D6 y% w' U
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / x2 q" u5 n- F5 _( Z8 j; p
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    " ], ^/ X! ^/ _4 G5 G/ u
23. {
    # _3 O; b! r6 _7 z
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 Y0 V- L9 g) ^; t4 r
25. }
    ) K/ a$ ~  v. p. M
26. }

复制代码

" a$ @( n( P9 h# R5 n

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html