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。

  x1 A! x3 p& V! F3 A

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。

  
  & h  p0 W/ z& m7 E: K4 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。

2 w- X; [6 N+ S& B( D. W( ~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)
     p, t$ ]4 V7 `* l
2. {
   ; U: O: L+ h, G
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   3 r; n: O" o+ t; P  ^
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   0 H" w2 r; T% j4 e+ g
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   : u$ R" w' d$ v
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
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);
    $ }  l) G$ x: a# M
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      z/ y( V8 F1 K4 d- Z+ ^4 z! c
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 y9 K- ~7 n( W4 @# K
19.     }
    + y" C4 H$ g! Q( X/ ?* @9 U& f  @! Z
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( [; P) `4 O, n; h5 W3 ^) g
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' U: t2 X* @9 F0 W& ]! M$ u
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    % y) k6 ~8 Z9 o- U, z  U6 O
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    1 p2 @4 u% {; s/ u/ X6 Y' ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
      y" \( e+ ^/ v* [" N, o4 C7 \8 s& w
30.     }
    
31.     return 0;
    % b! ]6 D4 v/ n' F3 n# z
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   " e' y3 R" H- J+ v0 f
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 E. g: E7 m* l$ S% b! o" e* o+ W  }
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & s4 o  c1 ]5 c# S
9.     。。。
   ; b1 Y; ~1 W) ]: @5 D
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    5 S) c! ]4 F2 J( g/ A
11. }
    
12. 。。。
    , ^8 k2 s0 f& |' n/ e
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);
   4 ^) b) O, M1 Y" j5 v& f
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   - u3 Z8 Y$ i( \) }; ~5 ?
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   . h1 [, k* j0 G9 S. n2 n5 L
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   - Y" a' I8 ^$ h7 J1 o% q9 k
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;
   . X. H3 `, ?% L8 `  \# \
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    
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" \
   * j% T  o7 C0 \" ?
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" \
   / E4 X$ D# E( V" c) [- r0 r
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");
   3 [6 I. O4 H$ K& A1 G
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 N! Z! C8 @4 q$ _3 I" e! g
10.             STD_HEADER \
    4 P7 n( a/ P. T) k  w9 S
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % G; B7 c+ f$ h' Q
12.             "\r\n" \
    ! N9 o" {% K: F. j3 m, G) E5 t
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      ?0 R7 M: q. W3 @2 M
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ ?$ _. c7 S! ~, c( Q; |
15.     {
    
16.         free(frame);
    9 m2 _' ^( k# w- P' T
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   * B/ L. A: }8 v% L, Q& K, s
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / c% x4 b7 u! \
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 S3 n0 n6 p- h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 w. O( ?& B7 j, o- \( d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   # b2 o3 w3 O; Q# c# Y
8.         printf("sending frame\n");
   / d4 m& L1 n# L  B* ~
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 q9 m5 X: w: o! F" h+ Z* u
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。

9 z0 R% o+ |; {- S6 U

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)
   
2. {
   & R. a- b$ x0 V. Q; r3 v
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     p3 y% Z0 |9 c5 @
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) [" ^' ]- m( M* S' w
7.         return -1;
   & B% N  `' e) k( ~& {! P
8.     }
   # A4 e- r( y. c6 g" q
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 u- s; {5 s9 ^3 B
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( m% ]2 `9 X8 g: z2 ]2 M+ b
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    . y  @: p- E1 n2 a+ u" u2 k1 X
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

: Z2 `: o# c- X4 |- C* @  o5 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：

& @; J. H7 j1 P. A

1. while(fend > 0)
   . ?. e& Z+ B/ j1 g  v
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) ?1 Z8 r$ s0 O* T5 D. J
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " {# l% C* W% B! ?! e; X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & l) i; c7 R; M2 f" N
8. picture.fin = 0;
   3 Y+ U& _% U+ ~% r4 e" c
9. }
   
10. else
    1 s- d" O. B. V
11. {
    4 ^% y$ h6 M& s7 y: u- s0 f/ T
12. picture.length = fend;
    3 w% M- ~" i' j! O& [
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 Z* Q$ u: D- h* _. M- C% _% f
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , Q- s( l; ]$ t3 y& [* {
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    4 Y/ h6 J+ L" M/ R+ p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    . h4 i2 B7 ~; ^' m8 _; t
21. }
    ' Q  `; @7 W5 \; C  S
22. else
    . z& T9 e- N% i; U
23. {
    & F9 S3 }0 D  T* v; p- D" k
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 O8 |9 o% T8 [
25. }
    # F8 Y( ]8 h9 n+ N  m' L( c
26. }

复制代码

! n$ L( I! h, h
2 G2 C$ `7 P) }& M: M9 r+ w7 c

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