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

. L% P, |. }1 t  K

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。

. X6 W+ n1 B! J7 U7 \

* q3 a5 N0 v, s& c# M1 {

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。

  
  

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。

; \  M: Q4 M# u% l" U# r' q一、HTTP网页服务器
" a9 ?) b8 m! w. g! p3 u1 c

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. {
   9 b0 l4 ^, K0 T7 F& O
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % \3 i0 ?) H! X0 X3 A, d" E( [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' d2 d1 p4 e! v2 _
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   . s4 n. {1 s3 N2 B4 o
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   1 ]& n- Q3 k, f, A1 P9 V! g
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;
    # Z  `* S9 K, g/ z) Q1 a
14.         }
    9 d0 ^9 b  e9 r# g
15.     int on = 1;
    0 Y' t; B$ }  r& e  {7 o
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    : l- ^# C7 M$ O& m* Z2 l7 F) _6 _
18.         printf("setsockopt error\n");
    - t/ C% I4 I0 ?' r- n3 w
19.     }
    # Q; |$ v4 }6 y; n
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " m  J4 C! s+ U
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    $ j9 F; [- l* ~" W
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # N. @- l6 j0 s2 F0 {2 ?. i$ G
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 @5 `8 b6 Z. G% Q# P4 g
29.             return -1;
    5 W3 U; b0 Q$ E6 s
30.     }
    + g5 i# ~7 c' }* u! A' d
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);
   # T# I5 f# A$ q! I
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   7 W- ]( ^0 s* U5 ^5 G$ A
5. while(1)
   6 v& _3 b+ {, |& J8 ?* y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; G# W- J+ C' m
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     l9 |* G( _1 i2 t) p' g+ q+ f
9.     。。。
   % c) {; ]2 a4 I* R4 r
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / ^  h" B1 M4 k, c' W% F. Z4 `
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + S9 d/ x6 @6 }! k: l
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 q6 c" U* _/ {6 H  Q( S, f
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 V8 O% H' [2 W; {& G7 U
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   0 _0 r9 _, t8 t* s7 X1 G
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;
   + C% x, W6 u( V3 w
2. pthread_cond_t pct;
   $ `# i0 J2 [- {3 F1 A* ]8 Y
3. int main(int argc, char* argv[])
   ( q3 I) e' x; f: ^. X! \
4. {
   ( t$ G' B' }0 P( G0 ?
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 I0 _3 y- C' y  I: E+ c8 O
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + ~+ r" l; c9 p& V" j* z0 l; o) l
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   % \4 }/ d. o# q1 S$ J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   . I% P5 Y) b- u$ k4 d- S' H
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ) m+ N$ A5 u9 ~6 v  ^1 A, l( z! e
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;">
   . f$ O$ h4 ~% e/ j
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + |3 h5 U$ W  w4 D9 t/ P
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   * J( L( D1 `+ J- {) [1 B$ S1 k6 W
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");
   3 Z4 b4 `0 ?; c  A' `/ C8 o1 v
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ) j  p# d' R/ ?" {( `$ o
10.             STD_HEADER \
    3 N- r/ h9 Z0 T( t, v% }
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / b( o. N) l5 q" ^
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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" \
   & e5 \' q" D3 l' B* Z6 v; E7 r
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ; D5 D, Y& z7 ]' e: B  n0 v
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   7 c- C# X. \5 t* h$ ~) n; C: r) d* T
7.             break;
   2 a7 D; x1 K4 I/ S) R4 e1 r
8.         printf("sending frame\n");
   $ `- r/ }3 ]0 }: ?0 n# t4 C
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; L* e9 B" C0 K+ M0 W6 U' N0 H) Z6 u2 S
10.             break;
    2 {7 Z8 a1 v( N" r. h% j2 A+ R  E2 C
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 y5 o8 ?( t5 \+ U; v# e
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。

% |8 c7 z. y1 O: {: m! |6 g二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: z$ B% \8 r3 c) }" {8 _

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ) M, I. D" I+ W" J$ y; C4 ?
2. {
   " s9 C# R& s3 u5 J
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 X/ O+ i3 H6 T! N; Y. ~6 f  W
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   7 a- D* w' W( n% D3 H/ [
7.         return -1;
   
8.     }
   , a0 _5 i. d* c) T$ ~$ x* u7 r1 N
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 {+ I! i' N1 Y- V1 ?0 I
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; G$ M. K% [0 u% B& |# t
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / M* h# I$ A: R. F8 d2 X0 b; w- T. s
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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; ]7 X2 W; Z+ D/ `+ M0 l/ k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 y" W+ n0 v* \$ ^$ P1 [+ @

1. while(fend > 0)
   7 w! T2 q+ b8 s
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ f5 P" u: R( e- k: ^8 q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 [! Z$ |; F0 \& o; _
6. {
   2 r0 [2 C7 ~( C0 @; X. h0 s
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - w5 D1 V- D8 K3 X7 c0 X
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 B  R$ y; G9 l2 x: ?, ^
10. else
    6 |% G: l6 v0 b/ l
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ( B6 }! V* X4 V9 O
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    1 ^$ Q2 t. V' X
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. {
    6 I: W4 Q& }. j# {3 T0 l* W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , {- M4 r! o( U$ J: [: n# ^
20. return -1;
    & H4 g( x5 |* P3 b2 z2 u7 W
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 k& P. ^9 g4 p) s$ x8 O2 D. G
26. }

复制代码

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