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

; g' C% s* l0 f4 @8 A# g7 c+ F; T' J

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。

4 s) Y8 o8 n8 F) x* w

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。

  
  9 D* G3 Y& E* Y: b6 |9 ~0 Z0 ]

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。

7 h: e8 \# X0 i7 M一、HTTP网页服务器
5 C$ r/ {  c6 D! d+ U+ R

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. {
   ( H4 i. @  X% o  Z- b% ?
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 W) H* P" {# T8 Z
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   . y) |- T2 D" @- n( Y
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - C8 Z% R* y, Y
11.         {
    $ n! |2 @9 N1 d, ]; _0 s$ q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ' K! G5 i& J( @: c# F
19.     }
    ( p8 d( `+ M: [* T& q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    . o3 M' D& r& F% K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 t* C) J4 q. p6 }, D
24.             return -1;
    * o' `9 F+ Z& [6 [* K
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ' x+ [" Y" ~" Z- x  _) c% u7 U1 J
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    7 H) E& V' `8 I7 K6 D
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);
   * a5 [+ z( X* M* v% r
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   9 O: ]$ [1 s0 d4 f" t5 q
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 \/ f7 U% I3 W5 `5 M3 n
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - n" S! B$ x1 F$ N  E
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . I" L: n" o* D" ^1 D
11. }
    
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;
   " A& P' D2 d& j1 S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   $ z: \$ E7 m3 Q) K/ w5 I& N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + s5 N) K# _6 q
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. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ) ^2 Q0 K( M. }, h8 A
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " E2 o3 s% Y9 I# V0 N, Z1 U
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + V# E- x5 ~, B% ]5 ~8 K* e
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   4 Z, s* c- A1 x' B' s2 S
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   4 U. p5 m+ M" Z$ `$ `' n
10. ...
    
11.     while(1)
    ( L' L. {! D" s9 R
12.     {
    9 F! Z: e% a) b# s5 A' z8 K# K. }( N+ n
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 f! ?' T$ e1 E: R" o
14. ...
    0 ?5 B6 j- I0 j0 s- c' p
15.     }
    
16. ...
    , F/ _7 e0 w8 N
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" \
   - Q5 |# m3 M' Q1 O2 l
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   & w: L2 u! u  }( P' t, 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"
   ( S* T$ V. u; |) r1 A& T
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , g' u9 J8 }- ?& n9 O: `# g
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 O% n  |1 U3 d
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ; n7 T+ I) U' J& h  D
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : H8 \* Z6 M: O2 q% c; Z6 u
15.     {
    
16.         free(frame);
    7 t* K3 _0 X$ T" P; C' |* W4 V
17.         return;
    ( i7 n- A2 d  T/ {. k* @3 V
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" \
   6 H5 b' @( c. b# |: {
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   0 R, w+ u: Y3 |
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) i4 B( m5 t$ j1 x+ ]: s
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    9 u! q$ e& L# C0 a& z; Y
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 U$ Q/ ?$ a, {+ f: x' ?
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。

; ?0 I  \! D: a0 D, L! B

" x4 D" [# H5 F( W二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 a4 E" R0 e4 }) Z9 ]4 r. @$ _

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ) y% d( l* |+ G9 [
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 a7 @- @9 X! `
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 O3 T: j/ q2 J
5.     {
   3 Y4 `% c  R. k
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ) n( {/ k. g: u/ w8 o0 J7 f
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 n( t4 ~0 J, J0 S3 X2 z2 l
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 }3 @9 x' k% Z/ e& g, y- R5 }5 c
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ p6 Q. N# e& ?# M# h, M5 J' ~2 s6 e
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

; G' K  C$ x" E4 S9 s' {% z" m' z4 W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; r* X3 V$ W0 ~( K. X
7 Y. s3 r- s$ @6 Z6 ~: g' J/ N

1. while(fend > 0)
   ' |7 w* }- R" \0 r5 p! ]
2. {
   % A6 ]! d9 j' y% _+ r" O" o3 U# z" j/ |
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) v+ R$ |9 j9 |
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   3 ^  t. s& I/ a$ P
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " c8 w. c9 r. b# d3 l' b
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! t2 h% g( E4 L4 b# l
10. else
    4 ~7 U- r$ Y3 x( x5 n& b; J3 C
11. {
    2 l3 r3 W1 N/ V/ q6 r
12. picture.length = fend;
    % u7 u$ V6 o1 p3 p, b
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) @' D5 d: B* M; Q( A, t- _
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    3 P7 Y4 R& G7 b5 I: V8 n
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    5 J+ j# U* P3 u; r1 K
20. return -1;
    ; e- c! [# j1 p8 a5 ?5 K+ l
21. }
    
22. else
    
23. {
    . t+ ?7 H# c) }9 m
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 s9 E8 ^4 e4 w( e( u
25. }
    
26. }

复制代码

' i# e# L/ l9 |1 r( H
5 {$ u; a3 C$ l

0 y; G/ l( b# m; w% X$ p
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html