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

" U' g0 F7 v+ j: V; x

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

2 B' e) i0 V% ]

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。

  q3 q8 Y: e- b/ A8 z( _

& \1 S9 n" J( j! K/ i* q

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。

  
  

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
/ k" ?3 I0 R" 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)
   / R$ N6 G5 K, N; x' L9 d
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . q8 M) V7 J$ v5 I8 w
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( g: ?! z  a# Q* z# ?5 l, v
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);
   , ~9 E2 c7 z9 Q
9.     int ret;
   / V  ~. I' {! |6 w" a+ M+ r
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ! Y7 u: Q% l, g8 R- b3 j
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    / o+ b9 X9 t$ T, T* q& Q& @1 r! e
14.         }
    / P4 D- P$ s' G1 F5 p  C
15.     int on = 1;
    ! |% O+ A7 N( T5 {/ l+ l0 K
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 G4 J1 R) X6 W2 B+ A* L, k8 i
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * c* d5 e% D9 d! P; c% Z/ ?
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : W; ~. X% J5 }' h+ F) a
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    % g- U1 l5 @1 S% \( E: V/ M! N7 h
30.     }
    ! r9 L1 S- }  d0 P4 t
31.     return 0;
    
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)
   
3. {
   2 f* [# S9 m* \* @3 h# W: Q
4. 。。。
   
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");
   8 O- o* f; @1 }/ G6 y& z, p
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ( ^) g$ T5 E5 l7 b
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % F2 E& |* o( h* N5 W7 C& v+ A
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 d/ k5 G, v  c
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);
   - _0 t1 g& W: d  j: V2 U; B
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    0 L  i6 n7 b& i  M
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    
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;">
   
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" \
   , L$ n2 b( O, o) K# p" I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % m1 V9 o" @0 Z- |' l) O$ h
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 r$ W# E" f% Z3 w5 ^- N
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   : m* J7 p  ]( I% y9 @; s) C
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 r9 N% _4 B: M( `7 G1 O' u5 w* T
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    + Q9 M9 n+ n0 U+ O0 \2 n
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # G. o* ?/ g8 _5 t
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ O5 O8 W; w8 O0 ^
15.     {
    9 K+ E4 h% J, E) c4 P6 @2 [1 ^
16.         free(frame);
    5 j1 I# z7 I" F& l
17.         return;
    ( p% G" y# c; F" v; }
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" \
   ; x' w6 Z/ e  F" j/ P
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   & t( _2 i$ G/ \# k
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   # j, n. v' j9 n1 e: z& l
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    & j- _9 m. D2 h2 u8 P: ]
11.         printf("sending boundary\n");
    3 {$ L4 f8 w, I$ l8 y& [( e, d
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + r& W' o( r9 k& `4 T6 P
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。

4 G, X; ^9 W8 N4 q8 i

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  w' @: t* B! _- V4 f. l4 Y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ; Q7 b  ]1 M" T& N) |$ Y$ V; a
2. {
   ( f1 b; F4 ^! R4 X
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + r; ]$ p; h1 f. z$ \
4.     if(*socket_found == (~0))
   9 ?  c& V# v& S$ j! C! Y
5.     {
     E3 O6 d5 S& F' ]. N
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * `8 L6 l4 n+ [( u) X8 c; q+ y
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 F- m$ {2 i2 e6 G! f
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    # x+ t  m. X* v7 B! G5 O
14. }

复制代码

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：


% A2 n4 i# m; Q. X: t  n6 ^- V

1. while(fend > 0)
   
2. {
   / p6 P' z0 L( N8 G- c8 R! S" n
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , A1 \/ D3 }% T8 X) H9 X* P- l" P
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   . o$ S# U) L2 t% b
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   # `3 H0 k2 ~* B* N) Y: @& n2 ~
8. picture.fin = 0;
   1 p* |/ a, z& X: e
9. }
   
10. else
    7 m$ D3 f! ]1 o6 _1 t
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    - ~# |, o0 X; R9 {$ d1 T; p
17. if(sendbytes == -1)
    % `# {8 R! P3 B: p; }4 ~
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    ! a9 L# w! M) Y5 r- C, D% N
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ) e/ S8 H4 k' ^* s
25. }
    2 q9 F2 ]3 s8 v' Z
26. }

复制代码

6 a5 r6 Y3 c/ l' }iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html