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

3 R% t- y9 D, a
5 z1 G: W* O& T, F/ V

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。

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。

  
  ' A3 D9 E4 V8 X9 ^  U

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。

  V8 y0 k2 W( |% M9 v' u' ?一、HTTP网页服务器
+ s+ k- D$ f% C% s

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)
   7 o# D0 g. O+ E! ?0 V
2. {
   / E+ I/ q# J. ?, @% C
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( T5 [% |  u3 b" Q6 ^5 n' v4 E
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   4 ]2 i. U: L$ S& u- I% ^3 P/ \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , V; j; K" L, {) q6 n7 {- y+ {' G( B
11.         {
    ; |) }1 A6 t: s5 {2 ^; Z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 x9 E+ I, h, s  z0 c
13.             return -1;
    , }* a  ]) S: @) P7 m: s  k$ {6 G0 w
14.         }
    5 w0 ^2 M5 B# B0 d& @$ r
15.     int on = 1;
    8 F, D/ k0 {4 d9 ^' b( ]/ R
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);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 g6 l/ f# r# \- ~% T  j! s6 d$ Q
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 }! [# h. P# j1 m. m
29.             return -1;
    
30.     }
    . Y. _# }% L* S$ h$ f$ I. c6 N" m/ @% y
31.     return 0;
    , b& k( u$ ~) H' p) e# k
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)
   5 s. I  j# T# U7 h7 O5 G& \
3. {
   : C' ^. M6 L; v8 g, x& v* F1 ]
4. 。。。
   ! j( _7 _3 s# J& i# a
5. while(1)
   
6. {
   / m# ?/ Z, c( @# v1 s
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 v. m8 k4 I0 c
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 {  W8 |6 @) p+ e% C4 W2 g
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);
   ' k( \5 h5 q% b% [* v5 ~& H7 x/ f8 x9 ^
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * Z5 p, ]/ R5 ?
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   6 ?* E) @) w. E; e$ V
3. int main(int argc, char* argv[])
   ( m% D$ w: ]6 Z, d8 N6 c  F# }
4. {
   " M0 V# R" G; H; C& V( v4 H/ D( c
5. ...
   ' n" ~; k- v  X
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) ~; F" d1 t# I/ F4 \
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.     {
    ( m& L, ]5 S" L- D) A5 O
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    7 l9 B$ ~- b6 [. J$ _- R
14. ...
    
15.     }
    % T: x+ v- w: A" H5 `6 @
16. ...
    $ C# W$ h/ D8 D7 D. r
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;">
   * s9 P/ [" l" n8 K1 C6 J' q; D( y
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" \
   0 @! u! K  U2 I6 A. Q+ G1 n  b
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   0 y4 h3 U- ~9 s" S
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" \
   2 X, ?! z3 i, ~4 B2 v6 i0 }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   : d3 n4 R5 }5 j: G5 G0 G
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   6 b* n( |" @3 W
10.             STD_HEADER \
      E/ z& ]) L7 x, c" W
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % C, X' `: [0 I2 K8 y
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , s# j. t& T9 v/ H& p) a
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    # `7 @% Z$ F# F" f* ~0 L
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" \
   0 l& V2 B0 b3 Y8 k+ l5 j
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
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");
   & r5 e; H" \( J  o$ u
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;
    % _3 b7 I+ b) [+ ]7 r
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    - C: N0 ^/ K- m  Y6 x) i
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。

+ D. a& j0 ^9 @5 y3 Q

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
" e" b7 l. }) L3 i8 A5 x9 }% Q

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
     n% X. `: j1 e
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ( G6 j5 p6 A' I! S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 A+ Q* b: L, {  F! O& q: F
7.         return -1;
   
8.     }
   1 `: m* s) D& O
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 [  C, j- V; N; t! m5 ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    : g- u. I6 N; q
14. }

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2 L6 ?" f6 q! P, Y- O+ o
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：

, X/ |' o- ^) v" X5 U

1. while(fend > 0)
   
2. {
   9 ?6 l# d; G, l. D
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     {$ q: J; A3 M& _0 }
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    / \4 v' C, D: u& F/ x8 u: C5 }) m) Y
11. {
    9 \" w9 A& h0 X% }2 [2 M% }6 i; J
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    % f+ A" K- ]; ~, p* s
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      y4 e) _8 j4 R+ [
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & J5 ?9 \! G8 c
20. return -1;
    - @* r) p$ t( T! b
21. }
    & E& [) U5 C0 I( _7 v8 Y
22. else
    6 I! Q7 z; Y6 Z# E! ^- y8 B
23. {
    # x9 y0 \6 K+ b8 `0 r, `' A' w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * f4 l' D% V) F1 W
25. }
    4 b% Z1 ^8 E& U& [, `3 P
26. }

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3 a: G# v4 M5 w7 k* a, jiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html