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

& S" t8 n- U8 S4 l: v8 a

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 @2 f* P' H: L2 }4 I, ^

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。

# q; n; q# G& F* f4 w

% [2 w: w$ k5 M1 x( ^

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 |! j) m( U6 ^' x0 f$ G6 i0 a

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. {
   # f- q# K; K  j/ k- r  ^8 ^
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 p3 I  g/ `/ M1 B# v0 `7 g/ o4 }
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' `% [8 U& u/ o& ?8 o2 g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   - G7 R) D3 x" q) }# P
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   - i* k0 x& l1 H5 C2 z
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    & H; L, `: s/ A+ o0 V
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! q; C6 a3 p" X5 v" r  Q: E  }, w# i) d
13.             return -1;
    ) M$ T9 z* w+ S$ k4 E
14.         }
    ; T+ \# p6 u( _9 c: q& ]4 p
15.     int on = 1;
    9 ~# n. {$ e, h2 Y* F9 O1 b
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    1 e- T9 p; m" I9 s; L* z& b
18.         printf("setsockopt error\n");
    ! Q4 {; I$ q7 k# _
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % p4 e% i7 K3 ~$ A2 Y8 j4 N' O' m5 {
24.             return -1;
    4 r9 ]1 b0 w/ n
25.     }
    5 E* r6 {; g5 |: F" X$ O& e5 U
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    7 t2 L3 M8 }8 j% Y
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    2 M5 g, [- ?. ]# 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);
   & T1 A) E9 |3 u! g% \  C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   6 Y7 q+ _* w- Q4 }1 E2 ~) L
4. 。。。
   , P7 H3 n" s4 y/ G% D) E8 n4 b
5. while(1)
   
6. {
   3 S1 {, N! [0 |
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 S% x! o) S' d) X% A0 A
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ n  V8 ~( t7 A
9.     。。。
   ! D7 n2 }5 p) E; ]) Y1 K6 n
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # _6 `3 s4 c8 ^+ N, E/ D! p
11. }
    
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 d0 A' i) L% m# O
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   4 Q" s! i/ X& \
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 j% f! P  f; P7 H$ P) O
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 g7 x# d1 \9 x  i
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   $ `" l$ L: R# l- I* ~
3. int main(int argc, char* argv[])
   7 H- T3 N$ I" q  S- D1 f$ z- z
4. {
   8 }7 {" M* n" U7 M# ~' d- d' x
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; m' Y& i' P4 L2 L! P7 T: m
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 o) ?6 g0 S/ Q5 i
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    8 ^+ H8 i+ B, d" ]
12.     {
    9 x6 j1 N5 z& Z) H6 w
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 J4 q; o' ]) u# y
14. ...
    
15.     }
    . d( @/ E% J8 I  }$ ?. _  k; J6 Y
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;">
   & v* ^2 q  B/ j  o# p- U9 S2 c
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" \
   + a, g8 t6 L3 M& n- w- }$ y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   4 D% k+ h1 T; U* E) F3 f% e
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" \
   * g- Z" Z7 P; w# {3 i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - A5 m  R- y" Z, O" S5 e9 s' n
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   1 Z4 S% A5 t$ R5 R# Z
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 K# ?* G8 e) k
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   4 r: k9 G# H8 H7 d. g3 X7 j
10.             STD_HEADER \
    / O0 m$ \, z$ K% c. c. s3 N, `) j
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      L7 G6 [5 q- R/ L
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    4 h' Q# r8 M5 @) W; M
17.         return;
    & {- o8 Y; e3 U: d0 d3 }
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" \
   : n$ K4 y$ i- t3 `
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   3 p2 u' U( q, F% @# B/ T, ^
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");
   ( h, i& }' H6 m. M- o2 W- {+ I
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / h2 Q/ p% U8 l9 Z
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    & e/ M7 k6 y. t$ A
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; ~  r" Y  m! M$ p' E1 O
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。

9 d$ Z2 U2 a- f4 s$ x/ {二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ @/ ~9 `- z/ }0 P& W

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   / p  n# ^7 p3 q9 E* I
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   " d) Y1 F' b* N: Y2 W
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) V5 }, f% [! e! {
5.     {
   9 E' `9 h+ Q1 Y1 Q! _1 X4 o* P
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 I! U% p3 Q2 e1 v  X# _- y& q
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;
    ! @3 ~; i7 ?9 H( C) d- Z& s9 K
14. }

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0 R8 o. F5 o9 X
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：


: [2 S& _% h" [& ^

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   * f" J" _" C0 O9 F* N  {5 k$ }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 O- [4 M6 O) s* n" Q
6. {
   ) ]* x; Y7 L0 `1 E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ! w& D. A& s) g, M1 J/ p( v& R" m
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 W; U& h5 }% q8 L. f0 T
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    5 Z  e' q& T; `5 m+ ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' b7 G; R: b) w: X* z8 _
20. return -1;
    ' V9 O; @" r* ]# R
21. }
    
22. else
    : g5 a* m: X8 ^  @! U7 s
23. {
    1 `# ~5 S" b9 f: R- f' w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    : n5 P2 `3 \) k" d% ^  M# ^
25. }
    
26. }

复制代码

! x2 B* v& }1 ^7 \$ J" X0 v
1 ]7 n+ v% J; R6 z+ a

. _" \' I& y% u  ziMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html