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

6 P/ w" c6 |# i  O
2 V9 V3 z. G: F

5 \5 B( j6 p$ M, _& o

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
/ {( _) E1 j$ _: F9 b
3 a, E+ d6 W) s- v' o: l1 a

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。

2 [( v( U) Y& @7 H4 l

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。

  
  % W2 [+ H: R. @3 H$ s% E

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。

8 {. @  h2 c7 }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)
   3 A  ~4 c% D. D' ?( ^
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' z; d1 e/ p1 ^% C
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     u) d: ?, H% S
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 y; Q5 I; V9 d
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) r/ F% S. Z. B
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , x$ j" E) U2 y7 G8 b/ r
11.         {
    . \7 k5 H+ Y5 l0 Z0 v) o$ Z- y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    + k0 }+ N" h- F8 M) f0 q* M
13.             return -1;
    % A6 ^% O' e+ ~8 p$ h( t
14.         }
    
15.     int on = 1;
    5 }* B/ _/ i* D5 ]  Y# i
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 [* K" a* f( }+ v( S
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    . l1 c/ `9 t4 s! b
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    0 ?/ H) @7 M. L4 x2 j% {! V% g
28.             printf("Listen failed!\n");
    2 i4 ?* j6 b1 S) l* X( t8 R% ^
29.             return -1;
    ( E, X9 D. }; z: K7 S
30.     }
    2 v4 e8 M+ Y" W% D% b( p
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , Q7 A8 Y- E9 i! T( a( h4 F
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 y' @: J2 o( W: D
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ ^1 \" l1 D& @, B+ x
9.     。。。
   . Z+ b* v& V% K8 B
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ) m2 l& x* a% }2 ~: k
11. }
    $ ?" s5 z% d5 L5 e; S/ ]( X& F
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);
   + R# l, k$ @8 w0 M1 u
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' @- t/ j9 ^* c8 ~0 I* s, \4 p
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;
   $ [8 m3 `4 h* s" a. H
2. pthread_cond_t pct;
   % u& ^- s0 D- P* Q$ `) b
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   : m: V1 O  {' J6 ?4 W& h, E3 i
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 b. p* c2 f3 S# L7 W' J
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   3 Z# m2 V$ F' `" U6 k
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   : P  Q4 z/ M* w8 N8 ~* i4 N  k
10. ...
    % h* z+ a2 j' t/ E
11.     while(1)
    # Q( D! B3 a* z, s# j4 i- O
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    + G, X; i! O3 n# N5 ]! ^* F) M
15.     }
    
16. ...
    5 x8 S2 }9 L! P$ C6 [3 `5 f
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;">
   $ a5 n, n0 D) o; N; k* r
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" \
   - k) `7 R+ m, q8 G) r) M  ^
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - J, T9 H5 |; @+ U1 ]$ z. H
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" \
   / I) t' X! R0 h. J. ]' X. [6 q
10.             STD_HEADER \
    6 v$ D5 v- x6 Y* c) b! k  ]4 a
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    0 \8 j* k& H5 W& T: j) H$ |3 h
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + R( J8 F4 M3 N: A2 ?9 s
15.     {
    
16.         free(frame);
    # O+ u2 |* r% z4 E, [6 S
17.         return;
    " Z4 R& \! R$ ~, ]
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" \
   & h4 D9 d' h! q" I& P
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   9 N! h" }3 d2 z0 r. Q2 u  j
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ; S8 [& [) d8 B8 P
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( f) p3 g# P2 f" d7 B$ j
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   % c; v6 Q. Z6 d! n7 ]7 ^: A! D
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # P* t6 l# M+ ~; ?$ r& l
10.             break;
      K- D9 {  Q4 j: ~9 g% y* e
11.         printf("sending boundary\n");
    8 ~1 g3 X5 X% b0 G  }
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。

5 a) q- g6 L7 |3 B# X

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)
   4 O  a6 T$ N& J/ z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; P+ o2 l+ H& }5 S) ]# y
5.     {
   7 ?' m1 D% ]+ H4 q; ?
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 Z/ K9 r. y8 K, t2 A
7.         return -1;
   ; D; w; h) D, D: l8 P, L$ i1 s. K, A
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , c, L7 R" b) [5 f; U
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - b# k  G/ o6 [( d
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

" m6 t) G) e% K2 Z1 F/ V$ m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：

% J. i, I% a4 \' r: w
' R3 Q* O1 ^5 j1 l% b

1. while(fend > 0)
   9 n6 u$ Q; x* e6 u% J2 e$ h
2. {
   1 R1 V6 _  S2 V) ]6 i; v
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : I4 h' j( K0 S6 g0 J  Y  G
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 Q( Y' {; @9 S& m+ d
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   : h' O7 O, @* u) K3 m5 G7 M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ; ]: v( R: [" T5 r7 O
9. }
   % P0 Y$ f! V/ d4 j
10. else
    
11. {
    * u1 o' k) Y, U1 `- `% \& C
12. picture.length = fend;
    9 j( p4 x+ z" d: D0 I+ x+ G: [& b
13. picture.fin = 1;
    " f8 u7 Y# N6 \& x- x* ^' f
14. }
    0 u* h! ^, W7 }, Y2 O' w/ O# p2 j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 ?4 q0 J( o- E, o1 m
17. if(sendbytes == -1)
    0 ]% E; {+ {, }+ Q1 a
18. {
    ' Z4 f& z, ^$ p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . F7 ?1 v6 z/ P, i6 C
20. return -1;
    
21. }
    % ]( k$ ^( I& u( v9 W6 f
22. else
    1 ]+ D2 o8 x+ l7 X$ a3 F
23. {
    3 ~+ M2 Z% ^3 c- O* j* R
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 W) ^" O& ^% q8 b9 b
25. }
    
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html