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, u7 s! ]) T& b1 e3 ?& 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
5 _2 _2 \, H0 @2 R. ?' x4 `

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。

  
  # c6 P% c% X# U, W* R, J$ f) d

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
8 W4 E* h5 _& T* G( Y6 j

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   % {# }1 e  _1 m: Z- w
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 V  y& n8 L) ]' w/ F
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    : R; t& _$ j1 I! B  Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / y  G0 e* t% E
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! d$ w8 b. w$ \, I- |6 U  t
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    " o8 J. C: S; n$ y4 n# S& S$ h+ X
19.     }
    % s; J+ _# j* h( s" V2 n
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    6 i( l6 v  Z- b
22.     {
    6 E: A$ g5 Z( Y" y! w  a
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    : L4 n! A& a5 w1 b0 C( S
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
      z8 D% ]4 S, O( P) w
29.             return -1;
    % _2 L, p+ @) e; f+ h9 L
30.     }
    , \- A5 N$ X+ O: z
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);
   3 B, B" m3 _) y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . I9 F% S$ u9 [; G% d3 m7 @
3. {
   $ j+ t9 |" f0 i! _
4. 。。。
   
5. while(1)
   / N9 }0 \/ D( A1 N$ h  H3 x; }
6. {
   ; a" v6 _. h$ b6 M4 M  T8 r% Z3 G
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   % S1 @4 ]% j: h9 X; x/ y( _
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    : R. ~( G9 o  t0 S, t8 X* ?0 v
12. 。。。
    " V  N8 ~6 Z9 I0 }7 P
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;
   9 D, h9 u9 {- o# h& B
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ( u0 x+ O' H  G  a2 S7 `
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   . r+ \+ X1 u2 h' R. O! {, ~
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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[])
   - ]& A; Y! Q$ k$ f
4. {
   3 o1 p* @/ A( `
5. ...
   ! x# v. g. ]% p! H9 f4 h8 O
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
     s2 ]4 {7 x& c6 x* S
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   % n% q3 y$ o0 G4 N: k
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);
   ) ?9 ~% h& f/ I' h: g( w
10. ...
    - y3 [, U- V* G. b
11.     while(1)
    $ Q' ]" ?( y1 Z" E. V: U& ^1 r3 `
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    0 A5 k+ P% W# Q. d0 _) ^
15.     }
    ! `' Q$ N, r/ h! s/ s- N8 V0 n
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 ?* s) V, V* @
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + f% Z" Q% S3 I* z
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   9 L- `( O- D" g3 p
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    / D( b3 e+ f- q5 C6 ]
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - A: T0 k7 @, t6 m( C% n1 O- j
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    + p+ k7 A6 E9 ]
16.         free(frame);
      y! q: k  K4 [7 E
17.         return;
    4 U2 s% X' ^7 O+ f8 M* m! U" K/ s8 {
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" \
   - ~/ i7 M" t5 |0 n# v$ K( M
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
     |. _4 V8 B8 }$ A+ [
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   : ^. I: m+ X5 `+ S
8.         printf("sending frame\n");
   + B) \0 \2 h8 f: H* s
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ' v: E# [8 Q# H5 F2 I0 K0 o
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , q8 w3 J/ J- h$ |" g! Y) B: S
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>

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。

: k, E' W8 O' l* Y& N+ c0 a; V

; f2 E" Z; R8 T* ]; j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. {
   7 }0 H( p/ L  Z$ Q6 V+ h6 ~5 X
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 w; U( z4 k& P' }1 I# i! ?
5.     {
   % T) K1 k' r8 t8 m- V; t" F1 I
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ' k: n: j# P4 p
8.     }
   $ S, `! G& r% A! a5 T4 h
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( |1 L, v* Z4 Y& V) P
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( U3 _6 ?4 B# z* S! k8 U, O6 K: r2 b
11.     addr->sin_port = htons(port);
    & @3 ]2 i" }# H$ o4 t
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , |2 ]% @4 U0 q& n1 c  S
13.     return 0;
    " i  d, A- e, g+ [4 c# I' t9 X
14. }

复制代码

7 J7 G: c' X9 s8 S0 V
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：


6 c! F0 j) C+ }: B+ Q

1. while(fend > 0)
   2 P  _( E7 v0 z: W
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 U$ N% ?0 C. v  ?3 G; H
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , h* P& Q. p( L  S5 ]0 {5 P3 t/ E
6. {
   * S, J. j. S1 F8 d, |, S$ P9 ^
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + P- t/ ~6 p% [- Q8 n' K- \
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    8 y. E* k! {9 s( b
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    : k% f- v) ]* K, _
14. }
    5 O; }. n# C% b" n
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 A' W# L6 z+ A) ^, h( v9 H
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & E0 Y9 K( K; _  P
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    2 O9 i8 [7 x5 e- ~/ P
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ! r" i0 s, L, r7 n9 H$ Q  t! r' v6 w
21. }
    . J$ x$ ~( N" s( J! X$ {/ {% l
22. else
    $ v0 q* e- I3 ]9 _! x7 v
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    1 d2 ~9 \) U+ \: v( f! ^* u0 w
26. }

复制代码

# L! x8 Q/ |% E; _

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