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

  W7 r5 M5 w6 C$ o* |6 }

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
3 D; Q* o9 e- J2 l: ?9 K$ l
: Y9 S8 n9 j$ s/ o- I. ]

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。

  
  1 d2 T, i  Q6 o0 F0 c% L

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)
   % |# M( M7 k' @% P/ ^
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! x' Q6 R" _( s7 O( i0 ~' n+ {
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);
   , C  c" q2 O9 w
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   & n  ~" v  o9 i, ?( z
9.     int ret;
   # ]* X. U- ]. H! p$ m
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) @) Y. R  d4 a; G# K4 v! C
11.         {
    4 p' }3 _- X, \) ]* `
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * }" e6 k5 }6 @
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
      {$ ~+ S; F7 e
19.     }
    7 ~, _0 E8 Q1 V8 z- r% i1 ]
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    $ [1 P9 m- O/ o$ u# C6 O! U, R% R
21.     if(ret == -1)
    + `& w0 r; @' X
22.     {
    . K8 \, b( `% k" {- Y/ q0 b! ?4 v
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 y+ l/ h9 J* c" H$ A
24.             return -1;
    9 |  l& B/ @6 Q8 U
25.     }
    & g. T5 P8 W2 r' g9 n# P6 C# Q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # @! ~8 ^" u2 t# O0 [# z
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 E& G# i* \8 {
29.             return -1;
    8 c1 U3 D9 H6 u2 I" q3 _
30.     }
    , l9 P7 [# {/ U
31.     return 0;
    5 e8 h# w4 k6 n, L
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);
   4 W; s. M$ m; }) \" i0 H& }& [% Z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   1 f' Q6 }8 Y! n" _% d) j
3. {
   $ M' [" c& E9 {8 d3 L
4. 。。。
   / a; z6 r- j; d# H# ?( ~$ h- O
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ! U% Q" c$ C/ k! ~
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    $ }% R3 [7 M5 m/ ]9 h+ Y
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 d' ]" k! G( B* y0 N
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( I5 X7 E- `6 e; c5 Y, O& 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;
   ; L9 \  D1 D, ~$ ]9 Q
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   % M, q5 O. m* ^6 e* M8 }4 I3 Q/ ]
4. {
   0 X9 a% o! ]7 x5 k) u4 o
5. ...
   ) t/ X, N* G  t* F5 S; x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' t' H  t) U4 Q- |% F" F/ W  b
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);
   ' O, m8 _# b4 Q
10. ...
    * y) P. D; P) U7 I5 ~, I3 j) F
11.     while(1)
    
12.     {
    * O6 e) c: {, x$ p2 I
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; E$ c) M( v% D$ f7 C7 i
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ; X! }; q# P0 R/ r8 U/ Y
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;">
   % N9 f0 T- y* a  _5 n
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" \
   
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"
   3 e: D% ^  R3 \: ^* v
7.     printf("preparing header\n");
   1 g  a# c- ^4 ]9 w  u& w
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % E; ~; z$ l% d$ ?: n4 l: |
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    6 E- z2 s9 [' ]  |$ e" H7 E- ~4 X
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   4 |% p5 J8 _' S5 J
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   / b7 {1 B3 c8 Z3 V+ D
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( p0 ^; c6 e8 j. u$ O! p) y2 w
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ( Q6 [4 l1 q3 R! o4 Q% C+ f
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * M) f: F, C* z4 C2 B" u
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " w5 M( s0 l) N
7.             break;
   & P5 F6 y: e! H+ |; M
8.         printf("sending frame\n");
   9 n% o( g% c8 ^: k4 U
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 [: G( @7 l' k+ _
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 `1 s1 A  h1 @7 ]9 O- }! V) t: S. Q
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。

7 b3 N% R5 K6 l8 r$ M0 Q

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  t4 y" S8 T' 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.     {
   - B+ W6 M+ S1 l$ ]3 f5 c+ o' o1 y6 T
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 j# \8 C: N0 L7 _
7.         return -1;
   - c# _& n; Z; }8 h2 [1 O' G
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' v+ i6 j. J: Z3 }5 }* g7 [0 F5 z
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( j" k: k. l3 b; U+ H
13.     return 0;
    
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：


- m3 M/ i9 r5 K) X6 h4 l

1. while(fend > 0)
   
2. {
   " Y1 f1 V" \1 f+ ?9 |
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   9 Q8 |+ U* p* x1 l9 i; R, t
8. picture.fin = 0;
   4 i* f) \" w3 R. W  f
9. }
   
10. else
    
11. {
    : S  n3 a$ J) f2 @1 r6 s
12. picture.length = fend;
    # |; C4 |) `: s( R
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    * s8 w7 N- N: e4 K; t
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + N, x( `5 w) D, l) X: p) V# y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    : g) Q2 g% A: C4 R) y
17. if(sendbytes == -1)
    7 W$ g8 A+ ?. J/ C' _
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + A; v$ X, m  k# b$ a
20. return -1;
    * R- b5 N" r& K. V# V2 E) p; q
21. }
    1 M) i1 q1 Q; j" ?% s8 c% G
22. else
    
23. {
    5 U: F9 M$ l0 k: N, A* \
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ! ]0 {1 n5 D0 I* M) r
26. }

复制代码

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