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

  \  |- z8 |' m+ _+ n

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
$ `* ?- |1 x  `# A
1 }% ~9 x9 V6 H3 E

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。

$ _" F; a7 m8 `. e" S

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。

7 m  g9 O' v7 f; n+ Z4 w一、HTTP网页服务器
+ {* _0 h' f1 t* 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)
   ! i/ C2 z; V9 V* S3 x: V$ i
2. {
   
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.         {
      e$ o+ i* y- r* ~
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( Q: B0 A& G$ i
13.             return -1;
    2 s8 Q6 z; f  z5 R
14.         }
    
15.     int on = 1;
    7 B( O" R- Q* X. n4 g+ `. b
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    6 u( T4 O. I/ b
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    . \" N5 b" g' E" |4 k
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 W. ~- d" @+ z+ Y# K9 n
21.     if(ret == -1)
    , A8 H' ^& |4 W5 h: p( [# v6 @9 H
22.     {
    + x4 D; O$ y. q$ p* u9 P" t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! J; {5 {/ l0 J) \& @$ e
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    1 [( @+ ^. ]5 O. Q% e$ H* T
30.     }
    4 {* w- V( z" K
31.     return 0;
    , J/ d0 }8 U7 x2 p6 |4 V' W
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)
   4 h- J3 w/ m: [# h
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   9 {# W) v; ]* s. {) v
6. {
   0 W( I# ]$ z1 x7 a/ ]
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   : U/ S6 p; O  I0 P* ~! Z! F
9.     。。。
   ; m( r* _! ]# C* h/ Y  [
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 {# |& j. \/ W/ _
11. }
    
12. 。。。
    2 u. W5 x+ u4 x  N; g5 o3 h
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);
   ) M; j# Z2 x, x3 ^% ^( t# C- y9 E
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   $ [" V( b& q5 p( g: M+ A9 F
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 D6 p! ~6 s* a3 E; h* C
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   . D9 v, Z: L2 [0 C
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;
   0 [* L# d$ n9 x& d! U+ Q* `
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
     y6 ^: s4 w3 o: o
4. {
   " z- h, z* [! V- g4 D& M
5. ...
   - y9 t$ _2 {, p- Q1 s4 h0 |
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 ~+ l; J, d5 K) L# F; s
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    ' g( W2 F1 Z0 c
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 k% b, }( H2 \
14. ...
    
15.     }
    6 y+ V" a% }) G. l) B! L, Z$ X6 k
16. ...
    6 L& g+ K+ D) \% p
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;">
   0 k8 t1 W% a' F( s& {# ~. F: Z; h
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ k% B; F* `" W* W' o: r; v
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & W4 F6 Z6 i+ u8 x( k: r2 ?0 s
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   - ^' M0 ?+ ?& w4 [, K
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ! K% `& q3 a+ L( A+ S  b$ e
10.             STD_HEADER \
    1 J) k% T  t# c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( H2 P/ W# D$ E+ Z& S
17.         return;
    - k5 D7 v% T% V( t
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" \
   1 T' a2 V1 ~8 r
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ V6 \! }# k/ E- y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + h& h2 Z, ^) k4 ^% B7 F
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' R3 d5 m. i6 q: ]
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - ?3 m5 o* S& V
7.             break;
   ; O) z6 m7 S" D% E1 C
8.         printf("sending frame\n");
   / o, `# p' S7 b- U; ~
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % U5 B- K/ M) M) ?: J
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! o9 P0 O: S% y/ G4 ^0 f
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : e3 N+ e+ I4 K6 B2 c
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' I9 x. n' a* |

4 Q* O: j0 L; }+ m二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 g: g" i! I; ^2 u) b9 E

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   + H) q4 i, ~7 W" a' M) n) \
2. {
   5 m/ U/ Q3 q3 I6 S0 ^" u. a
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   2 _9 M. r; I) r$ Q$ g7 B8 C
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   / e5 k3 w5 A' s* @  F0 Y" f8 Y
7.         return -1;
   
8.     }
   * c$ {6 D" z/ O/ L! P: ^" t
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' {8 P9 c. J) e
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    # n8 Z- S( j3 @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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+ ~( l& I' Q- N% B
6 A) I8 d  {3 p6 j7 }( ]9 @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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   " M" u2 N; V# I# @2 |  [- ^
6. {
   $ m9 o6 v; P) f% q4 N' ?
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 v. N% S5 b7 Q6 q8 a
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   1 E! W# x4 q( B0 B3 I0 l; u
10. else
    $ t3 A" n" W, `8 a
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    + |! }: {/ Q6 s# W8 G
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & B2 B6 `& L1 q
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    9 c: Q, K8 V* X+ f1 T8 k: b
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    : E/ B! N. L  i$ t. |  l0 ~* k
21. }
    0 c, E  [/ Y4 t4 C
22. else
    ! e& _7 U2 G0 L3 S
23. {
    * P! N6 X' t4 a" m
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

8 {+ _. O+ l5 E6 T0 `2 a. g$ G

# m" x! p1 X! A3 Z2 @- \/ w6 ?- EiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html