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

; Q# K0 Y0 y$ s: T+ m

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。

  
  - r) z0 L+ ]* a0 X

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。

# T! F0 j& D8 _9 d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. {
   # z# j0 r# F! O& d% z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 D5 W* x% V) M% l8 T  ^2 O5 D
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   . m% a$ e4 w2 R) E  I5 T6 X
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , h/ e) r6 O9 p7 u( B
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) N, W4 s9 d6 \  T" Y, E
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;
    , ]! L$ v9 p& E* F" @
14.         }
    , B3 G. U6 }9 Z& ?
15.     int on = 1;
    1 y$ M& b# J7 z/ p/ l: p1 a
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : h4 W" {1 Y/ ]6 D1 d  u% c: L6 k8 Y" ^; F
17.     {
    : N4 v6 X% b5 ~* J4 X) z7 J, a( a3 Y
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    6 z& p2 i! n0 K; V8 w# S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    4 m4 W' E* @6 P8 R
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    8 ~0 c, v; a! E' d' z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
      u' Q5 q, [% N3 g% P% v7 `; i* S
30.     }
    
31.     return 0;
    
32. }

复制代码

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)
   
3. {
   1 N, s! X  e4 d. L0 ?4 p* C6 ]- f& F: h
4. 。。。
   ) N' i/ r) W/ q
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ! R3 i. p' G1 W, T% r
9.     。。。
   8 |+ c; d4 k1 ]6 M+ O" S- Q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 n! J( I  V  p$ l$ F# r
12. 。。。
    ( g( L3 B7 I& p. n: `( Z8 t8 c
13. }

复制代码

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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   # ?, E, z. c, C! I9 o' I# H$ E: Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 P6 |: u7 Y9 V. K
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , H9 J6 l7 e% M" o( Q
6.     pthread_mutex_unlock(&pmt);

复制代码

线程互斥锁使用之前需要初始化：

1. pthread_mutex_t pmt;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   % U8 [+ |  u; e+ _
5. ...
   & Q' t  y$ L7 f) P
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * j* r4 t$ d$ Z/ Q3 V5 V
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   # v( f8 Y: u0 r0 `  g- Z
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , S, T' h$ C5 [' F* s  _
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    , F$ G% X: D9 U9 a% J2 z7 Z
12.     {
    + z) w( R) h/ l. Z% y; \/ B" i" p
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( E  y/ t4 N$ u: T
14. ...
    
15.     }
    1 Y, W9 M* L$ G
16. ...
    # W9 Q* @; |2 A2 b) v1 \" B; @
17. }

复制代码

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;">
   & g* t3 h+ n+ Q
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ; C) I" _% s7 t
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ l6 ~6 C, p1 b) L% @% r8 R
7.     printf("preparing header\n");
   ) W! B/ G' u( d
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( r5 s! P# Z; V2 o1 B
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   3 E$ t# ]# X6 Z& o+ X
10.             STD_HEADER \
    / G' m/ N+ Y) Q# C. W+ F+ `
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    % m, u# @8 }! _+ k, k& N
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " n( i; Z* h8 `5 e
18.     }

复制代码

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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 Z4 e$ b+ ?! {# y0 g% t
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 l* G. E( K( l3 c$ L7 s3 {
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   3 y; s6 S% [* }! }* T; I
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " @! Q- D/ @" P
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 G9 @2 D2 o; Z
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 ^( t2 S; }, m6 ^
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>

复制代码

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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   % n' W. w/ K$ d7 e& {, A) K
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   $ @' v) m8 L& R* O' u7 b" f# H
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   6 k0 J! r; i* I6 t7 r
8.     }
   ; f* B/ ^2 }9 e0 G- B; [3 c  v
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % i! `6 Z. u. m: x$ x& o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * J+ m' \5 Q6 Q$ K& o1 u) L
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    " ^) M2 a5 l6 z8 n  W, F
14. }

复制代码

8 b  J9 u8 b+ G- n% G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 F. D; {( O$ ?( x
7 P' ^3 |4 C" I9 N' E

1. while(fend > 0)
   - G+ `2 q- i: e: R! V, R+ f
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 W& }( e6 n9 i# c; q. P
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ) p4 ~7 n, P. a9 g$ p( a: _' g
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 R& H6 Y/ j) K; @
8. picture.fin = 0;
   $ S. [) u4 E( G0 ]) Y- k
9. }
   3 N" ?2 \/ I2 W: A' i
10. else
      \7 d( J, v; {) a
11. {
    + ^+ V# K1 F# ]6 @/ B) I' }
12. picture.length = fend;
    8 `% W7 s4 g/ }" K* v5 x% B
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      j* O  c" `) u7 t# }8 H
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");
    $ b( |& r3 [/ }
20. return -1;
    
21. }
    1 w, X4 \3 f# W# z3 o/ b
22. else
    # K+ Y) h  ]1 a. U5 j
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
      f& O9 ~7 ^) b& x1 K) Z* h1 L
25. }
    9 T, t/ N5 o+ p' l
26. }

复制代码

5 ^# @2 d0 G/ F) Q; n

4 Z0 N* d- `- v9 Z% Q6 A
# q$ p* m, T. s! p. j' B$ V+ [1 KiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html