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

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
9 O, u% n% F& `
+ o" m7 M( k7 o  @/ c0 B1 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。

$ ~- R  {8 E, a" ]- g7 P6 A+ 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。

  
  * E* p9 A) J. z$ Z8 {* W. x9 `

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。

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ O7 a1 X$ k" h
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   : x: O1 N* n  W) N7 f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , |; W2 q0 f  g" b1 R2 F
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / u. E# P8 }' D6 C; C
11.         {
    3 Q& t- j' y1 N1 o) Q5 H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " v% U& P! X+ n  l& |- A1 g. {( L
13.             return -1;
    
14.         }
    , w7 b4 \8 g8 A+ O+ w  \
15.     int on = 1;
    , b. x& `9 x( S% o- r# F- _, b
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 q" l1 [5 z/ C; O
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    1 V. Z$ h. Y) r4 c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    % |, z  O. n2 {) U
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 c. P5 v# l' C. P' a: k7 E
29.             return -1;
    
30.     }
    & ?" ~" j0 Q2 v" K/ {5 Q3 [8 Q# S
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);
   + f3 \; C) x$ H4 V
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   0 J1 c" [7 w/ N3 p! a  x1 X7 V! b
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   4 O1 I, P% J, i0 F+ s5 D/ x7 s
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 S# O  ^' c; S4 ~7 _; I) N
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    - Y+ ?; q" d/ A9 k; _
12. 。。。
    6 c5 _2 d" v; R# V
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);
   . c/ n( W  C( t; O
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 f) b+ s8 Q% e( V
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 f" ?9 }3 f% c" b( ]: i, i
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;
   - F: T7 C3 C) C# {: K& y, t$ y# Y) Q
3. int main(int argc, char* argv[])
   + y% T. f; R7 j; Q4 [
4. {
   " X% _; }+ M0 m: f& R9 q
5. ...
   ! [# r: t5 U, O; h, i* C8 Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / b" O% T, k8 B, a2 j
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' Y8 j# f* Z; z7 i
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.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : ^* Q& |; j* _$ r# R6 o
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    1 |2 U1 [1 j1 J6 W3 T7 r9 j  |
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;">
   & D( }2 k* R3 b9 F0 f
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" \
   9 d+ z1 E, s+ K3 u" g8 q
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" \
   9 e" \+ S& L& d& K* |% f! z5 M
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
     U! K( |4 f1 ?6 u& x8 E
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   9 P" q% x) U. P  J0 C1 i0 R  a
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 ]* {" C: o" U+ c' l, q4 K
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   " F: ~7 B' o8 L& k  A; p. ]
10.             STD_HEADER \
    ; L* A% t. ~3 R; w
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / \3 F" ]/ b1 y" B: w, W( n" X
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    , {7 i2 k, Y- z& u. N+ n0 s
17.         return;
    3 T1 t, [0 F4 @1 ]7 Q* d
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" \
   - m1 k. y! f! Y/ I; v3 ?' a
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 `& g7 S- I' p6 [: A# o0 F
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 \" C6 I# R4 `: z$ [
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) H2 }5 V0 V/ h+ O, [
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 M8 d$ Q( J$ t
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    7 C: k! J, c* r; E! Q1 W
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。

6 z7 b7 x/ o" @! Q% o二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ J* I6 s: M4 u) }  y# K( f# v# R7 Q; p

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   , o7 B. O- p: W3 Y. h  c! T
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . ^. }! E9 l9 }0 @& ^% v6 p. N
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   9 s* x# i  q1 G
7.         return -1;
   
8.     }
   ! q$ g+ o0 p# z% v8 Z, M3 j
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( S, e3 J, }$ g! i9 F
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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6 \' E9 H8 n6 c0 `) ~- n
1 l+ X- D& [3 ~# Q/ I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 J. }) z" K2 c1 N' \; j7 M

1. while(fend > 0)
   $ u; {& N: P% ^8 I1 v
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   6 G# {& l9 }! c
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     f; V" g% n9 W' j: B" M9 o
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ! y5 C, D$ U# h. T4 H1 m
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
     W% C* k8 Q& r; i7 E+ [. r
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   1 k$ N% S, o6 O- F+ w
10. else
      P6 h! t0 d5 y/ D! o  u8 e
11. {
    " y: w" O0 u1 \3 i3 y
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; f2 g. E+ f; p5 \$ Y( X/ ~
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " N. r$ r) A8 @# C5 a
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    6 N( X- ~8 P6 K+ R* m* q
20. return -1;
    5 y2 V; M% c3 a2 P( Q# L
21. }
    ( a2 d# V6 ~9 w' Y6 q5 m
22. else
    . ]5 O/ `# G4 `
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

' C# U+ q! p* \3 Q

2 c$ T: ?) {( b: R0 s
9 e# @1 J' p7 |+ ViMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html