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

& X! Y) K5 |# u

# C! x. A' ?' }, z9 ]% ~

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
+ U5 x  X/ W1 C) ?  U9 x# F- G) z

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。

( E% K6 o/ e$ |% \. Y6 V

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。

  
  ) U2 v  G0 g* p/ z, n$ 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。

  @' J6 z8 D' u! }' {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)
   6 M7 v6 q1 R+ L
2. {
   ) Z" ?" r% r: o8 k' L/ n
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # j7 Y2 D# P1 R7 K* [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - v. v* w% K! a! c( W! L) C+ E
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);
   # a$ P9 g" X" p3 ~' a9 i
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( E0 V4 W4 R. E3 G9 o2 F" \+ a
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 R4 y/ R  g* X4 X. z) n  Y' a
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 ]. }& l. }; t
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
      S) }( S$ P8 a
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 X4 N' H3 @7 c/ S9 t9 I; V, ~$ z
22.     {
    " i- ^" `* q2 {; [% T3 k' H
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # G! y! L* l% w' b( j% k: Z
29.             return -1;
    4 |( ?1 `' J" s2 ]$ f
30.     }
    
31.     return 0;
    ; g. i$ V- e$ Z6 m! D+ Z8 l
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   $ g  P/ Z4 a0 c
6. {
   - M% e( j7 C; ~$ Y# w0 |$ n& T
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. }
    & B& {4 y' j5 |% x
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   : w* J* {: M7 [( L$ f; I
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   $ h: h! K$ ]- D, r9 B# B
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 V3 V, ~+ |8 @  k5 d9 f7 J( O+ f
2. pthread_cond_t pct;
   / X- E, A0 P" }6 S1 V8 w, ?
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & Q* |  {. n& w8 K5 \
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);
   
10. ...
    * y3 s1 @9 y! W$ i7 {7 {
11.     while(1)
      X1 L, g+ k% X$ Q$ A2 [: g% S% L4 U2 `
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ `/ j3 m% w; x  V$ p2 T
14. ...
    1 X& }7 k7 x2 g
15.     }
    " ^2 x$ M2 u* R( l
16. ...
    & k+ G; [5 r* z( B$ K
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;">
   # J) a, L% N9 i9 p* b/ K
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" \
   0 B; J( b0 R3 R) C# V% P" ~) x
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" \
   3 G0 R, u2 _0 {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   . Y' c: ~2 l, X2 Z( t4 T" G
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 q4 J5 A+ k9 V2 A  O
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ; o6 C. l6 u4 E$ w
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & y$ K  |  B" }9 v! n4 S* A$ J6 ?4 [/ q
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   7 m' x- u& T0 `: U# n  h% O
10.             STD_HEADER \
    4 v7 m$ w4 G8 C/ x
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % y: J3 e( D/ I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ! v3 S9 O& v! n, ~6 @4 E0 R
17.         return;
    5 F1 a: @2 f. E0 [
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   3 h5 _0 b1 p  k' l
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   " a1 v9 N0 |8 g
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ; Z9 k1 p6 X' _  d2 z% Y' x. _
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 V( s6 {8 ?3 b' B' Y5 K
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    & p$ w* d; l: q% |: J( _8 D. v2 V
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; k' t' L9 _  k) p- E* H. b: Z
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。

# }* c- D8 D  b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 E: {- J  L; W! v) D5 F5 E# C- Z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; X+ a+ [; g' k% c5 A
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 S& [/ x% l: C9 e; v
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   . t5 h- ?( ~9 ?* f
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) m: l: R5 U' }2 d, f, M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 _$ A0 Q6 t1 ~# A/ Q8 W( F8 P* m
13.     return 0;
    1 }9 _, T$ @/ N% V+ P& j
14. }

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5 h$ l5 {- B, [% U1 s. ?: 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：

1. while(fend > 0)
   : Z( s5 A1 R# H# d$ u
2. {
   3 g( a% `; L3 H3 F. ?! L8 s
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( c  A0 ^* J) ?$ L% o2 q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # y1 X, A- ^+ h; R1 q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( ]: V. l7 n1 r
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   6 ~2 S$ C. E  ]: @% {( Z7 R
10. else
    5 O, \. T9 v( q4 N6 t
11. {
    
12. picture.length = fend;
    6 c# l4 G- G7 C5 ^+ U3 H/ `7 g
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    3 y0 \) m# C/ X6 h7 G9 x0 a
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. {
    ( T0 o1 z  |6 q: Q- X
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    0 Y' k7 |9 `% \: y/ {" O; t
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    + F0 z, ]# t' }8 L5 z+ \  [
26. }

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2 _+ F. s) [3 u/ Q9 y

9 O: v+ G0 [0 m# |# w5 N
, l2 B: k" N- ~+ L! u( J5 IiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html