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

+ U2 E5 A2 C* k1 N6 m
( {4 U: w# f: E2 o

! m( E3 B1 Z! E6 Z  h

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
% g# T- J% f3 a8 z! }6 T
2 _8 o3 X& h, \+ o5 [

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。

  d9 X& ?; Q0 |; L/ Y! u3 y8 X8 ]

' R2 R$ L5 r7 M2 B- b. z

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。

6 h/ R6 d  e" q一、HTTP网页服务器
7 F! X4 H* a0 `" n& H( Y

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. {
   & m& |4 R; H1 i  f7 G- F( W1 K: Q0 ~
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
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);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    1 T  ]/ X* O" L6 ]( F5 H5 g/ b
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
      P% V6 v0 h* H
14.         }
    % j* L6 X! H, O' z( y4 j
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + t3 r# N, j$ w7 H8 y$ R9 f# D% x
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * F* [4 o. J1 _/ q* e1 q2 v
21.     if(ret == -1)
    / N: |# U! I; d1 {2 G: a' r* P1 X
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    : ]! I" v& d$ I+ R: T/ \' |& b
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ) ~7 E" t; |- S1 r+ J5 m
28.             printf("Listen failed!\n");
    ! k* H3 h4 |) ^. c2 z
29.             return -1;
    * H: S5 h0 }! Z9 c* b1 Q- Q
30.     }
    
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)
     s* g$ e$ O* z# U) i
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   5 E. s  }1 K+ _7 X5 u
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     N' k) w. h6 i  R. m; c
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   : n# y7 _* O/ l
9.     。。。
   1 v9 I* B( B7 T# T# \3 I; ~" x: ~
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    $ p) D# G/ o) W; H& Q, t, i3 U
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);
   , N5 b7 O" `( f/ w
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   : F  M$ e8 V$ ]$ x6 s" G% [
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( K. o  L- I; ^6 j& p' W3 A
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   . H8 L+ D6 \+ q
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;
   1 o! G+ M4 Q$ T! Z. q* @4 l
2. pthread_cond_t pct;
   ! O6 }0 v/ t9 v
3. int main(int argc, char* argv[])
   % w2 g1 M7 n- i( \# k6 f8 C
4. {
   ' t: U$ D  x3 n: R
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , J) u5 z( Y9 S' }1 L
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) n% l" m+ `4 A& J9 A4 y
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    $ U, V' ~9 p' f% M. e
11.     while(1)
    + X4 {( l8 p( h: T$ x* V3 R" F
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      O9 V- D1 v8 B
14. ...
    0 x0 o% h7 Q# b6 r. v, l
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" \
   8 t! p! A; F8 T, c; s8 b. o* q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     r) p0 k7 w+ H' u$ p" t2 v0 z
7.     printf("preparing header\n");
   ) H2 r, `& f  T2 |9 @$ j) J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' p" w* U9 C$ {2 T- k' S
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    7 e. ]$ @& g6 O% m9 U' _0 s( P
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' K- g# x5 l. ~- T" N
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    + w: t& d  w: H! t
16.         free(frame);
    7 D: q! _4 J0 J/ u2 J
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   8 }' [- \- M/ m% X) h
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ) S# ?4 e1 q& n0 `: G
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;
     @& D5 V/ I. j- T8 q
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    : k: v& G8 Q6 e
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
      j2 I$ {- z% |- |
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。

% y% y3 j: k5 A2 `( i

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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   9 q' ~" M# F) p& _. c
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   , W$ o7 b2 m0 R. Z4 e6 g4 u
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   # v6 C+ J# H+ t) g& Y
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 x9 a* l! K8 t; D
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " z+ X8 Y7 U6 f! A* d
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

; s3 N; c& B3 `$ o, g
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：
  S- ]& I- \* ^$ [" B) ~' I
+ B# ~, R  \, i1 p
; D) d, ?6 I' E! d

1. while(fend > 0)
   . Q0 s  G; J$ l
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + ]( z' G1 W; V
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( [4 Y$ N/ _' [8 W" C+ _
8. picture.fin = 0;
   3 @% g3 Y4 k- t# I
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ; O) B" t6 D4 o9 v7 N. B
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ' }1 ~' v; q% N. d- R( c7 N4 K
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 i! W, V4 `3 o; D+ q% i
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . C) M3 Z! _% M4 {8 p6 f. P6 N
20. return -1;
    
21. }
    8 e5 L! m; K0 B
22. else
    % n0 H) n4 s9 r: D
23. {
    - |; H+ @, Y+ p/ }. c& q; ?
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 E9 z5 f7 y8 C" d; g
25. }
    % X$ m* J, P8 ]4 a# l
26. }

复制代码

3 ]0 X) I  @. {* d: Z0 T

! N+ E7 e: u! f" s4 f- z# D; V
+ ~6 N: X  I6 [) [- HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html