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 S  t. w3 ?' }% V' M, e

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
: H( `, [" X9 N) j! d6 x( Q0 d

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。

( d0 H3 A8 H' D+ E( m7 \

( q- d; W% y- A

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。

  
  ! o. I3 t8 m6 x8 Q

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
3 z* G" M7 q) {8 t2 m* H

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 s' ^/ \9 F- U5 v1 w% ^/ Z
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : L, \# q2 }) D2 N: y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   * \" a# E* N. E+ k
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   9 E2 }7 |' ~1 _, r
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 q2 o- }& ~* E  j0 f% d
11.         {
    " m3 N  ^% F: s( E  v3 n+ r
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 W% a$ B- c2 H) @
13.             return -1;
    , d7 u& r" M8 G# {0 C
14.         }
    / m/ A- l: k- @
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ; G7 O: u6 s" ^- b- |
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ J9 W6 B* |/ Q! n9 [9 f" l
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . x0 T! ^4 @* y/ J: x
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ r9 t1 L5 t# \6 o& x% r/ [* T
24.             return -1;
    
25.     }
    - `! m1 a3 a5 X: W" E
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * Y. `( D) F! E" s
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    / e3 v1 j$ r( T: h" {
29.             return -1;
    
30.     }
    6 {0 v# q" ~/ M
31.     return 0;
    : V, K& U7 m; h; Q; {/ B
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)
   " h: b/ @3 X! U4 B+ u6 L
3. {
   - v" v/ N' I. p2 M$ }
4. 。。。
   
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");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    $ H9 e9 j6 y0 i
12. 。。。
    - E3 m6 J  N7 e+ T$ H
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;
   # Z: R6 f2 F( p1 l5 C* R6 V
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ m0 [9 _% m$ k5 l0 h& k! K: v9 x
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;
   6 a9 j  r* u& r0 h& I& m
3. int main(int argc, char* argv[])
   ; V8 H8 v2 R' B( v+ n; X( M" E& G
4. {
   
5. ...
   7 B- u& V! ^( O4 I
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " v% b5 j( f$ h8 v, t9 ]# I
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . o, q7 K% K, M, g" w# X* D
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " C* P) w% b" N( _" L3 N  {
10. ...
    5 P% H  W! k* m  K9 C% h
11.     while(1)
    - k5 u1 o$ O3 |- x' N
12.     {
    9 T  N6 Z# l2 E* Y  a8 r0 M2 l/ r# V
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    9 `' k: c$ y2 `) t3 [- P: F+ }' j
16. ...
    + B5 v6 w: J. L- {% g# ]; E; m# e
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;">
   # p8 N% v1 L7 e1 n  b5 ^, @
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" \
   6 q! q3 h; w# w/ {1 M8 ^# G% b
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ; g" X- O$ _0 ^( J& J% i
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   / j1 ?! }8 q; ?. n3 N$ ]/ e0 r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    $ J% u6 R* b/ c7 X7 d
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + K2 d+ n  ]. F6 ^+ ?) m. s* B% F
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    5 A# I2 l0 N! w$ {2 Z7 i
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" \
   # Y5 k2 G/ G3 f- T
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   3 }+ Q1 @, _) A3 e$ w
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   0 i. T& B  R- L$ x
8.         printf("sending frame\n");
   2 ^+ m& _4 V3 H% ^1 h
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % S  R% Z; a8 a
10.             break;
    3 q. S! l: [( }3 J+ S& s. u
11.         printf("sending boundary\n");
    4 d! R$ n/ ]2 l" l0 V) X! g
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 N* G( M) p. 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>

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：
- X# b& I4 y7 x' B# k

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ J7 H0 k* z; X
2. {
   / S$ e- s9 B7 h' \2 E7 p5 W; o
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   * a1 ^7 d( E! m  h
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ! Q. d& _2 o- x% C; m, ~% G9 _
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ! U) L8 y9 H$ P7 n  ^. B) z: B' j( ?
7.         return -1;
   / ]5 o4 _6 O% }: |- b- d& T
8.     }
   4 p6 X4 d- O9 x9 ]7 l2 F
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( x6 P1 i9 H- V! F4 o+ X
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    3 l5 v; q4 _4 _+ C0 R' O0 b* P# q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 H5 b' `5 `% |* ~
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

% |( D& [4 ^+ W" J
9 S7 D# P& P1 d$ H/ q8 }' G" [" _2 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：


' l! w! t3 Z: O9 S

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 K) y$ E3 k% q- F# Z% [3 t: ~
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ) U+ f# y  m: W3 B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " J" F0 J4 a% ?6 |/ A+ ?
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   , x- O- i; s  f+ B
10. else
    / G% e3 k6 \+ j  I7 C: |  N/ L. q
11. {
    
12. picture.length = fend;
    " X$ y1 N' h; c  H" I" U; e3 a8 L* n
13. picture.fin = 1;
    1 b2 `% O( L9 E: A( V4 ~) e+ a
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 z. `8 o' _$ k/ J* d
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");
    
20. return -1;
    
21. }
    0 x+ t. }  b  |$ e0 W. k
22. else
    5 b0 M5 \- H' F& z: m" r
23. {
    4 z6 L0 e) }0 ?
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 _1 V0 M% J3 u9 ~% n( j5 |
25. }
    
26. }

复制代码

8 v$ `+ u8 ~! t
+ F) ^$ F* q4 H* SiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html