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 M6 m% l! H8 `, X8 p

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。

8 l2 K( w9 S, f" Q0 p' o

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。

# A( v: r- i! k. Z& f9 w8 t3 q一、HTTP网页服务器
* u) _: R# G7 U3 u5 O& U" u

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. {
   6 [. b7 n) d8 b. i
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 {1 F; Y+ K9 H. r& I
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # ~6 q8 ?2 b" e) F6 O+ y
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)
    2 t" m4 h# G& j& |. |& K8 L4 Z" o  ^
11.         {
      [4 @; N# R7 g+ b8 e
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    9 C) }, W- A+ c% [% t& `3 {; [
13.             return -1;
    
14.         }
    2 [# X  X0 l' |" y6 a; w
15.     int on = 1;
    * p$ j. ~2 R- c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 ~+ f. D5 h$ {( o
19.     }
    $ \5 \! o- g; F8 t' D# R0 z
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * Z, w: u9 d9 A" \) l% U
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 Y6 T6 D* i' l6 ^# g8 E$ x
24.             return -1;
    
25.     }
    2 ^* D0 T' U- p
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      d9 j& |* X% S
27.     {
    0 f4 T: Q5 b! w$ x- Z3 A
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    9 v' R: ~: i; \0 A! R: Z
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. {
   ! j1 o& s& ^! u2 t
4. 。。。
   " z' B' s9 i' R  S3 X8 N  x
5. while(1)
   1 N3 r. [) {& `" y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 R4 T( n" V4 X5 U8 c0 @1 `
9.     。。。
   7 ^4 A/ s7 W( A$ X8 C
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    % r5 r3 [: R# }0 [# y) ~& M' L
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);
   4 S/ ~5 r7 t, x4 o( \
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * `; I/ m+ P. A3 T
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;
   / M+ j& S' W9 G
2. pthread_cond_t pct;
     Z) a6 R2 Z2 H% f* i0 U' c
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 a+ m& T- \/ u; U7 u: b9 N  A
4. {
   ) i# X( b" ^: D# _" p( c/ |
5. ...
   / ?! C' `5 J% Y" Z8 L$ H2 S' f
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - p7 \/ D) Q1 T  V
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. ...
    ; _" Y0 e! V/ K
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    1 k; U/ R3 ~4 r; V" n. ?8 `7 _
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" \
     I; @( E0 I* r+ M; t: `5 l/ Y. w: F
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + ^: \  Z, p9 ~4 x5 G' V( \) N$ j* B
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 P( U9 C6 B6 a* e7 t& v# S) a: F0 @* A
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 \
    $ G' d$ }4 D; V& {
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    9 M7 d6 b. c. ^1 T- g6 {
12.             "\r\n" \
    . ]6 e5 {7 P. x' Q
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : ]8 U3 U; p) V0 Z* f/ k6 Y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    8 ?9 B# T- V9 f
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" \
   / U" C" ~+ j: O6 M9 ]
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 k3 Y- U' B3 }2 _! n
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' R/ \: U" }. b5 W* \. p9 d; w, k. A
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   9 V, m0 L- v. b- l0 k
8.         printf("sending frame\n");
   & y3 @& ]4 I& o; c8 k5 w0 j4 u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   : I/ ^7 \0 H- Q: F) W$ M
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

* ~$ g( Z/ m7 D( n. ]

# U$ S8 I5 C6 F' Q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))
   . u$ A* F& c9 s
5.     {
   % p2 b5 V$ d: h* @0 j
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
     C% W( f1 b5 \. z' y! [8 l" k- \
8.     }
   % i* t5 A9 @0 B7 F
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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+ ?* N, n5 w8 c# T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：
# V  g3 |/ l3 s6 _0 E9 `

- N0 f. x% ]; f6 b$ H$ c/ b

1. while(fend > 0)
   0 g$ v& o; j) P8 u4 v9 a" m
2. {
   ' B2 y: Y! x2 ^$ E8 K
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; P- E6 ^7 M; I% L8 Z, q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : Y& O* o( b" f) D/ \" B" l
8. picture.fin = 0;
     o- U6 L" L+ q4 U, A* p0 }7 v: v
9. }
   % w2 |" d8 \; T7 w/ K
10. else
    
11. {
    / X4 b' G. z% T. j2 a0 Q9 A
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    7 i" w( t6 x; i) R2 D0 _6 Y
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      ^6 N9 f% t1 `
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    & `8 o. @7 P. k+ H! y
22. else
    ) I+ }. e9 n+ ~* a+ D
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 ~1 |* P- |/ l) Y6 w
25. }
    % R& T/ F) s7 A  k) O' Y
26. }

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2 r' e9 M. j+ n
4 e# A& a0 M+ c( V% a0 f9 U  O1 M

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