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

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
" }% I! N. y9 o; x, U2 l
! C: E4 w" D7 [

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。

1 E" d1 k- W' l! L

9 @$ M8 ^/ T, E: U7 s' \" o

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。

  
  . b4 J: f8 l3 I& H. x: o

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
5 ]4 e' o# k" }* d' U+ K0 `

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. {
   ' w* `9 U3 z8 l4 ]
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; P* f% e4 D6 U* T
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( p/ o) _5 P9 ]+ B
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 ~2 G# G( K: }: I# r
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   5 H3 l# R3 m9 _$ I
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   1 W2 |1 ?$ c& H1 W* p
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 i/ H" I: ~6 L7 V2 V. P
11.         {
    1 X3 j9 ]) P9 Z, v1 T% V9 v
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( U  [1 @- B+ s2 y/ [+ o) [$ l3 s! p
13.             return -1;
    
14.         }
    6 V7 A9 Q$ E' E
15.     int on = 1;
    ) Q, x$ D+ x- x5 ~( ?1 |; Y
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    " I$ ~( D: \. h# [7 C9 H
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / [1 U$ L3 m$ o) V8 c
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    0 W, E# G) V2 s" t# Q0 A7 C5 o
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' ~8 W) X" L/ L- |* e. {5 ]8 A
24.             return -1;
    
25.     }
    . B  |3 G9 g8 a1 ?  h$ i( O
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    0 w# w+ T9 b% f
28.             printf("Listen failed!\n");
      U7 o' P, |8 I* \1 d
29.             return -1;
    7 E/ b5 _, {6 o. D! K* u" ~
30.     }
    
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);
   ) ^% Y, }. {* R3 C3 E4 C- k. T
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   9 I# I6 w; i  r, ~& O
4. 。。。
   ( V: D: N2 g! [! |/ T  }( f9 n
5. while(1)
   1 Q4 Z! [4 O  o
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);
    ; m. Q. N* e4 o+ j# h, [. S
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;
   ; x$ w  @$ `/ `+ ~" M0 c: M; u' \0 {
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - j4 E; r! G" w: V) X
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. pthread_cond_t pct;
   ; U' _, ~8 W. f( S! V1 F" Y; h8 l
3. int main(int argc, char* argv[])
   + m$ ^3 C* X. h
4. {
     u& x9 L2 i8 D9 c$ ?6 w& y% t
5. ...
   % W+ g. \9 D; r# A2 z- \* w
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   ' A6 [7 z/ l6 ?& x& E
10. ...
    
11.     while(1)
    6 r& d- ]- ^, X- q6 v
12.     {
    9 P! G7 G0 k  Q) D- n% ~
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      F& W9 b, s3 y5 X: c8 c: t  x# |& J
14. ...
    * J- A; Y, ?) V8 o7 B8 D
15.     }
    
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;">
   
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" \
   1 y; ^! z) R7 t! F* u
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   0 B1 o+ h8 X% @5 ^0 G
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"
   3 ~- u  \/ E6 @# M/ M2 Q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   + A7 U9 Y. j4 A. K+ h/ J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ( Q' Y8 x' j) o/ E% _& Q
10.             STD_HEADER \
      {8 j4 K- k; w. Z# Q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 Q2 ^  X3 Y- m% g' q$ a  B1 L
12.             "\r\n" \
    , N  K" O/ Z$ c, Z. F( ?+ d$ D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 n" V7 v5 _3 K* ?- I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    0 r. Y, v/ ^% }7 ^; k3 E" e& o5 L
17.         return;
    5 \/ |1 l8 Z9 v$ {0 L
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" \
   5 Y! d& V$ n+ y
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' C* }6 ^4 Q% @0 s
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # I0 t2 y+ h7 ~  E
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   9 N0 \  S; n( G& h
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   9 p, [% e  `- @  P0 }6 i4 Q
7.             break;
   6 c0 ~2 f4 ^: v! [% z3 X: v5 F
8.         printf("sending frame\n");
   ) d! f8 {: u9 O: m( \6 k) A8 _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    , S4 H0 I3 k1 ^# T( f7 y
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。

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)
   3 m& y( Z3 }7 ^0 n
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; [3 N) u7 l7 i' v& e: y$ r1 J7 ?
4.     if(*socket_found == (~0))
   " X7 u4 j# {( y% k  ^0 {
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   - d% ^$ q0 J: R$ y- L3 ]8 R
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # X' n5 O- w* b; F1 j2 r2 I
13.     return 0;
    
14. }

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" n3 W% |0 J# r6 U- w  z* m4 n5 ?
0 X/ ]1 J' T5 W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：
5 T) s& V# t1 u+ x! R9 C) ~
# S- {# G6 s  E! `' @# b4 X
" u) S4 Q+ |( _% I6 X; N3 F5 n+ Z

1. while(fend > 0)
   
2. {
   7 d/ z3 S# {- n3 r0 W9 M5 Q& M
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   * d4 K* P( }/ I3 v* h
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 u1 R- x" N* Q+ U6 }
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   5 e3 E! y5 j. G! L
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    * K1 R: N7 k8 T7 c0 Y
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      f- f7 L5 o# h
14. }
    . X, K0 l% Y0 |4 u1 d1 \* s
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. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    5 @% V, `/ h$ ~' m
20. return -1;
    
21. }
    4 Q: T8 m+ X2 k4 w& B% T# o
22. else
    
23. {
    2 I/ H2 ?5 W5 U9 S( V% B! q
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    % ?: r  s/ }: m
26. }

复制代码

) \& l) Q' x2 Y

9 g' [; \2 b1 R0 h+ s3 \/ yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html