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

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。

  
  7 Y0 w7 x0 B  b3 s3 R

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
& n/ L- R$ @3 k4 t

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)
   ! F) K; J/ b) k/ K' e9 {6 R' R
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( E5 A" Z" C" {. B
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;
   ; N. H3 q# W0 V" K6 G
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    3 ^2 z2 l( V0 d, I
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # t6 ]& {' ?% B; A# }
17.     {
    ! \! p: B# `% T. g* z
18.         printf("setsockopt error\n");
    / F- k& I, Q3 V: P% m
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( C$ f' f  B8 f& Z
24.             return -1;
    
25.     }
    " R! H0 G& h( a& F+ j5 I
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 I1 k3 l+ R* ^2 C8 T
27.     {
    . {6 @5 O7 v# B8 X& b+ \5 ^
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ' [; l+ h% D5 z. z5 U
30.     }
    1 X6 e1 Y5 X5 @) T7 V5 f- ^/ z5 `
31.     return 0;
    3 g- D9 _2 x8 A$ p; o& K
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);
   * {) B7 U& H7 m) {
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! D; k* M4 a- |+ O- y1 u
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   2 g9 o+ [. D& g% |# y
6. {
   # ^0 j# y  B  X/ }, E( l3 o+ Y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ; Z3 j: \$ }. F4 t
9.     。。。
   . @% D  d( |* A3 N* I5 w! V9 Y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : M! C0 `. k! Z' T; \7 [6 m( Q
11. }
    7 z  g9 ^4 }: L$ x7 E
12. 。。。
    6 T2 }! ^# 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);
   3 K7 W- R2 B# n, J2 x' F2 n" T
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   9 ^2 b6 r- ~4 L0 f" \2 f
2. pthread_cond_t pct;
   2 s: y6 K% n5 v
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   2 s: r' h1 \4 ^  n" U
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   ( n6 S0 S/ a, \8 ^- Y4 p
10. ...
    4 v/ F8 _, j% ]1 p' B7 w, d
11.     while(1)
      ]: O' ?4 b8 }& ?2 B5 K
12.     {
    ! D8 K" a( @* e3 f! U
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    9 i/ m. Q. [$ l0 {, Z$ S
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" \
   % e$ e; N8 q2 x) z$ u
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   7 U" z" H* V. O6 `8 {* F; e0 [" }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - F. e) ?6 M# Z! T' C
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ( G, ?) [, t8 a/ N
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ) n/ a: R' K- i: Y9 |5 P
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 f1 Q2 r% d; a" ?/ e  i9 s
10.             STD_HEADER \
    1 l/ R+ _) D6 _
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " ^6 C2 ]+ p# e4 k/ s! c9 K5 Z
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    : J1 r$ G' Z4 b0 M
17.         return;
    ! Q! d+ x3 b9 P8 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" \
   : ^9 r0 `6 [3 J# k" {7 N. |% P
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   : K, E# Z7 C% k/ ~. ]0 |! L
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( X0 w) N2 G% x$ q
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   4 {/ L9 X) N4 h6 `+ x; R: h
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) ~* m( a3 H$ W  e$ f
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    9 f$ G6 B7 C0 q1 d" \
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 \  i8 \" ?1 c$ G" t
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/ Q5 c: c

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
1 O% B6 ^7 D2 Y0 F. i0 G1 F

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ; W+ [( M+ s. [2 c" D
2. {
   ( g* k3 _" G* O; V! g/ T
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 z8 z* @* ~" \) z2 q3 c/ y# J
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; K4 S* c% W9 Z1 Q) a4 S
5.     {
   4 a: q$ h- C6 s$ d1 [  K/ q9 {: s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   3 b7 o1 P" _& D. T6 q
7.         return -1;
   
8.     }
   
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);
    ; ~5 s7 L5 e& C+ I6 P1 c" _; T
13.     return 0;
    
14. }

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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：
7 J  q& l# u% T4 h3 n

1 ?% @) t7 p0 @9 |% L, f8 \  \

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) [$ r3 H1 f- D* I' ]/ X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   & Q5 a" u9 j6 u/ R+ L
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " g# M3 c' V! L0 t0 Y8 E9 S' l
8. picture.fin = 0;
   6 ?' p0 n( _# J/ \
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ; g9 ~, r5 R3 X) ^
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' Q. H' ?5 _9 V
20. return -1;
    . n9 p7 Y2 V% B) q
21. }
    , Z% O; `: D/ Z0 D
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    $ ^8 W8 U5 p: P
25. }
    " v) c$ x5 `7 U2 {6 T) R) `
26. }

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( g, B3 ^$ r6 F

# X6 ~2 e) j+ M  ?iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html