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

% D2 r& W( U7 Z; b

2 [; C5 \4 ^+ z

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 u! I3 ^" F7 `0 B

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。

3 ?7 p9 H- ?2 M

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。

  
  : B  C9 G3 q! v4 G9 H+ O4 Q

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。

  i. T( L8 s2 P* ~  j$ E. y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: \' x8 b( ^3 x# h
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; g% w) A7 w1 h7 w2 E4 T+ R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ; _9 {) A% r- v0 G& Q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    . k) Q% r2 k: |" e4 ~; E
11.         {
    * D, g4 [/ V% H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    8 o0 ~; Q) b4 a! ]; {, a2 c
14.         }
    
15.     int on = 1;
    3 F; `* I* c" Z: s+ g
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * A% ?, T8 m/ q, E6 B
17.     {
    1 T1 }& {! V* O% ^) j2 {8 H* R
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 A; N- @0 k3 ^
21.     if(ret == -1)
    5 R/ d  M) s/ f
22.     {
    3 f$ i0 Q( m& |* x0 G
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    6 x5 B, N6 Z1 D" |* |, e8 _" J
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 r3 A; W3 K* @% p' a$ p5 d4 H3 P
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 T: ?- h0 p, M' D5 Q
29.             return -1;
    ( L/ c7 T" G% D
30.     }
    7 |; ?" a% z7 L% h  H- r
31.     return 0;
    1 \, ^7 V) y9 @% c
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. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   % K& b+ v6 O% {( m
6. {
   2 ]& N: F1 A6 W( \; n8 h5 O6 d( B
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ) l- S6 J+ m/ S- n9 N
11. }
    
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);
   5 E* j+ V* }0 `* H) {# f
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;
   . v) [# b5 K1 ^1 V# M" v
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   - h- J  l' b! b% I- d
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * e$ q3 x) d0 V9 _4 I9 N+ E0 m
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 |; _+ b) h( ]& c
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 t3 \0 k- q/ u7 `6 l( M" s9 x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   3 y4 w7 V$ @. E$ _' }
10. ...
    
11.     while(1)
    ' H/ v! Q" R, T! H5 x6 k; h- o3 p
12.     {
    4 n+ Y9 f# H! _% s
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    7 J+ q7 m1 F* x- F
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
      B& a2 w& x# ?3 s0 E* ?% x
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" \
     `* K1 V. B, k/ t- H
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" \
   - k4 V. g6 N7 S+ \$ q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   1 b( b; d7 ?1 }. v/ z6 g1 n, y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 W6 r+ s% h/ \  s! H
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # k9 O+ j3 D2 S5 K% ~3 B
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   + U9 T7 e. X1 C
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    2 f7 C* h; T& f+ @& ^
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      s' {5 p# M% x# y
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / U7 \+ k5 I7 i' @3 n
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) \! @1 t' c3 \3 b. e% d
17.         return;
    % L' M  ?" J. }9 r2 S
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   % I1 A: {, U! f1 d/ Q
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : [) |+ t6 P9 C# D- t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 q; [- t5 j1 {  Y: y4 t5 C8 I
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : J! c, r. ]" `5 ~/ [, G
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " d2 _5 r" m: r! J
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / h7 I! k* g- `9 Y6 V3 z
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。

1 f% d2 T6 o( F1 R7 f8 W0 E

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)
   - w9 Q) y: g: S& u  [  c$ X
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   & @  n4 n- W* F* y
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; S; U1 g+ h0 r3 a& E; `$ G
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # D" R+ h. s( H5 T  o8 ^& o! a
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：
4 N% _# w. [- |; }% z
2 `% C5 X2 B8 [0 H" J
/ e8 J/ J9 T. ^- e

1. while(fend > 0)
   6 O* Q# U4 l+ [9 l5 G
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , L$ r) f  L7 f, }" y: m6 Y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 {7 w6 k! S) n8 B
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   # O9 \! ?' O7 [
9. }
   7 b6 i+ B" X6 O: T; P: I
10. else
    
11. {
    7 E9 `6 Y* h/ ~  _1 x6 ^
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 q3 x+ r' a! j2 a3 _
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * r' l3 R- w7 {0 h! ^
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    : S$ f5 ~+ z# t9 D6 Y! p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    - x% B! h. U: @- X2 w7 C
23. {
    6 ?, }3 D9 i; N# a
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! f9 X. k& G! v# N" a, H7 y6 d  V% P7 b
25. }
    
26. }

复制代码

& x0 Q- c" q6 J+ z8 f& E
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html