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

7 z  s3 t: F. f# C) L+ u

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
2 @2 w. f3 g% u' t. w$ }, M
* K- D: b( S$ J, c( R0 i4 H, q

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。

/ U# o& |1 r" n

( V+ \. W' v; S& o" @4 U( [

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。

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)
   
2. {
   # r) K6 x5 t8 t
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 ~' O' ?$ V' ?. r
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 L% ]! F4 U  Q& a* }9 D' o
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 ^! a; M& Z" p0 t; q' j6 [" L4 j
9.     int ret;
   - o0 [. m; [( i- [9 V
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 L5 ?# u( m& g
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # ?4 V0 S& X2 b
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    . Y$ [- W  v5 N* M  [8 j7 I- r; m
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , F: [" ?% l& A2 ~9 E
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : {& y$ R4 b5 a; l6 M1 \
19.     }
    ( l2 c3 Z% c4 H7 ]
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    1 s; r! m& W) d& q: Z
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : G7 r% @3 e' D
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 a* C7 q# `! i0 z) A9 q2 a- p
29.             return -1;
    , c7 i5 F! f4 ^
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);
   5 Z. l$ R% z/ C2 F6 @4 a
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 t" k6 D' U9 G0 C; ]6 R& k' a
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   % o/ v, e. r. v9 O) q$ h# y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   8 ?, R7 o4 {% G6 a2 f# M: W
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + i) G; X3 h, e  Y, q
11. }
    4 r, T9 O% @7 \4 E4 D
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);
   # q$ n' b2 l" H
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   3 V* S( j! s; n9 N1 L5 e6 n. p5 Z5 {
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   6 e! d3 y9 v8 U( ^
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   9 Q9 q, P) A3 L: u9 `2 D' k6 W/ B
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 x* x: C. L- X( S  n
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 ^4 F. I3 M! L. R5 }2 e3 F
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   # q% P- a' }9 b: J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    7 p0 B  U) l/ a' P
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ! R8 K+ h, e/ d! Y% o* {0 [
15.     }
    ' r; i- r" |1 F! }' l% n# F
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" \
   
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" \
   2 s5 r, Y7 P. }8 @8 j- D
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   * @* a' C$ X9 g( y1 J
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   # U# `, d, h1 ~4 @% ^9 b
7.     printf("preparing header\n");
   5 X- s4 R4 G1 u0 G, A# c+ F1 S
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , N# I- Q* Q! R) n' Q$ K- c& D
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
      @  \7 j& Q0 U0 j  O
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ! T4 P; v* ^: @/ t4 t/ R7 |
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    5 |# [6 m4 g' i
16.         free(frame);
    - ]6 r5 H, a! x
17.         return;
    + D& C& t2 ]2 g, h) V
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" \
   . i1 p1 z( c9 L
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ) n8 D2 X: A1 `
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / Y- J7 B# c& Z/ g* g4 h
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . b1 I9 V; |) M! j8 J2 ^
7.             break;
   " z" G& Q9 Q; C/ _( w# @- x
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( h, p: u; j: T0 A
10.             break;
    # \+ ]6 U$ y/ ?* w1 X7 x
11.         printf("sending boundary\n");
    3 {) o% V! f3 [+ u
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + S/ B* X/ H3 T* Y2 S" @# @$ b
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( w8 s5 Q/ {2 ^
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。

1 ^; V( b. w* `* [: ?" S

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 M7 q+ Z; C5 q% H

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' o9 B4 F5 ~; w* n, K0 o# T
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ; j- N+ D; s9 S7 c' S9 l( s, J7 A1 k
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 w& U& @: V* S3 ]0 e
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 j; y( p  n- s5 e
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % _$ w# A$ V1 R( j, Y) @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    8 r) c, e# ?- f4 p6 ^4 U/ P
14. }

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& @% b7 {; @2 B/ a/ g/ m
! ~- }% {- D! c/ y% m0 [7 [6 `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! Q1 {% ]- x* l" ]$ N) X* C

1. while(fend > 0)
   
2. {
   0 R6 K4 i0 X+ V! {/ k+ P: U
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 X' p. v  @4 b5 z9 E! n
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . f* f+ m' O( X4 ~
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; f" D( @, _8 j, A( Y
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 {0 g/ ^; ^5 Y$ l- q4 U/ J5 k
8. picture.fin = 0;
   7 N: v$ {) @% _6 g3 ~! V
9. }
   & x- E" y4 n1 y8 u
10. else
    
11. {
    * m9 a* G: m5 Y1 y- @/ k0 D6 o
12. picture.length = fend;
    2 t/ o  r/ N% g3 |* I' i
13. picture.fin = 1;
    3 C  B; |! O/ U  ~  N
14. }
    
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)
    9 J3 [4 ^, |$ I$ P) m# J, @
18. {
    6 v: c7 W- Y5 G& ^' J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ! S' l! n6 M+ {  s, K3 c
21. }
    ( H3 K; X6 e) X9 b: F# J6 z
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + r4 @7 y; r/ U- @& M
25. }
    * u5 C! R1 N; }; E3 Z" n7 z! ^1 W7 c- l
26. }

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" s# _* @. \1 f+ t' P

# Z' [/ Z6 N. U; X0 K# N. R8 _
: W! x' u  u" M2 T  O+ xiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html