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 ^6 P+ Y0 `( E9 U

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
! x  I9 t7 z/ H) E7 k

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。

  
  

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。

1 }5 j! n  m+ P5 X1 u$ q# o一、HTTP网页服务器
" W5 G/ y4 u8 t. V

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. {
   & D, N) L" D# e- f) I! G5 B' F! f" W. Q
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 I; U' r/ c3 b0 x7 z3 L
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * g: D( x9 Q' B' M
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # m( s, q2 D+ ^9 D
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   1 E* g. P& G4 T+ Z2 N' r, k. p5 b1 ]
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   , H3 b' l, A8 }1 R: K
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    & V) G5 _. f9 T
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # M% n* n9 h' Y$ g  D
13.             return -1;
    & \9 H5 E) n* [+ q1 A
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : c: Y5 u; U9 [" Q0 Q3 [
17.     {
      Q$ t' W" [' S5 [( k& J
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / M# w4 |( `% g+ L
21.     if(ret == -1)
    $ Q1 n( E! ]* `/ o1 r9 T: z
22.     {
    9 I: g/ f( w, ?1 B, e
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 z7 g) j% [3 E, @
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 ~5 D% m( v4 {! I& B( q# s( J
30.     }
    
31.     return 0;
    ! E: A! w9 ]  m# V  |" q
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);
   - c3 U6 I  q6 D
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ( a/ l6 _7 X: Z, c) [3 P( u
3. {
   " g- I/ m. Q. h! V1 {% B( v
4. 。。。
   8 P5 V2 @; R' F9 Z# C: o
5. while(1)
   0 M, i. j- f7 ?- n; T
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   6 f4 {( {* c5 r! Q0 T9 ^% i* Z
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    % P  j+ E3 T* o1 [$ s
11. }
    
12. 。。。
    " Q' n* T* H9 z, M
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   & _4 L' P% s* V6 L; b; U2 Q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   * D6 a; p; l: b7 ~0 t
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 @/ W2 u9 |- \* M0 N4 ^
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;
   % G: z# D) a- U! U+ J+ O7 {: [
3. int main(int argc, char* argv[])
   ( A8 Q6 }) {. D: @! @1 K
4. {
   
5. ...
   $ j0 P& Q/ M" u: H1 ^4 s& f) M' K
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ! j. Q4 _+ e* [
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. ...
    ' A& N$ T) F. _  a! M, e4 j. y
11.     while(1)
    & T/ u/ G7 A& A0 C. ]) X8 L& d3 n
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
      i1 M) s4 A" b6 M& G8 ^
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" \
   # I8 ~( P+ `* z# }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; o- E2 |# ], W9 s6 i! J
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   4 W/ d. J' G6 f* Q' H
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; P# V, t3 K" [) s5 z* [$ U
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      x3 R2 B  g  H# N0 T
12.             "\r\n" \
    0 ^8 h2 }4 a$ z. ^! A
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # R3 A3 q8 l. y& W
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   ! `( n6 E' p( H  ^% ^$ j' u
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 u, u: z. w) b1 j. q1 M
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 `4 x0 D0 j1 F7 n
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 P$ h3 q  g) n( J) G  J& M! _/ N
7.             break;
   0 V, M1 k& W2 D1 G; G: P* G
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   2 ]9 z9 Y. B# k, f9 D+ Y
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    , Y9 W; n6 Z" T9 B. C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 t+ [" Q3 y2 y# }" _, F+ ~
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & o/ T4 i) T7 O$ L
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ `: L8 v. n. x  I, }/ h& t4 w6 o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ( m, o1 l& }) |1 S1 e
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 i7 k8 E2 K1 e/ G6 a$ `
5.     {
   ' J4 k. V, a. D% W
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   : P# Q. Y7 ?" |+ ]# S
8.     }
   ( `- A9 B: o# R
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * {& ~( ]" G% j; F% N: f
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 b# }' U. ]. M) _( J" P
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    $ A( i0 _) B0 W  d" w$ l
14. }

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1 Q6 ]' I% ?7 `9 c
6 ^2 g% V( W3 ?$ g( r" W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 U& l* Y, O( N7 H

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' p+ F, W5 M: G6 B
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , {3 M$ l/ T, S) b
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , Y# S. X/ j6 L& K6 ?
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
     R% m. Q: A" W$ }- k8 \5 n  H
9. }
   4 v' Y. D% L0 P0 m! }& R
10. else
    
11. {
    . S$ B' K5 x4 `" T2 I% V
12. picture.length = fend;
    " }  t' j0 v) n. J) B7 \7 y, Z
13. picture.fin = 1;
    1 B. ^8 R6 F# W( ~) O% X
14. }
    " H* e6 v" u6 x3 E( K  g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    2 f9 A5 K( E8 {' I/ a/ `
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    6 f' ]2 ]5 z8 V
21. }
    # R% j) L- U" ~: P" ?& X
22. else
    
23. {
    1 i. Y, K7 }3 @) n$ r7 ?+ w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 }( B: a4 P5 D( e
25. }
    
26. }

复制代码

' `( v$ E$ A& G5 W+ _2 h
; f% m4 I! }7 p! H4 S

, S7 [# q$ W8 A0 s' ?* w8 l2 AiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html