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

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# c4 f" `, `- S9 T8 E5 u( p

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
6 {# c1 c& L6 w5 Z6 T

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' g5 |7 [% ~3 n

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
0 f9 L! ?/ o9 _# t. q

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. {
   , K5 |/ a& s: ?0 X% h4 a. E
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
     [7 m* [7 o2 k# q( }; R: u
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 a& f4 t- t/ j/ g4 \  q* G: [
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 g+ a4 V2 B# l5 A
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; I$ ~" {' ]" {- n/ e3 p( J
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / Y# K1 x! D: F: x2 k$ I/ _
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    $ G" ~4 R) j, I& m; \
13.             return -1;
    % {5 `; ^- |0 E8 T  d# l4 P
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) `8 h, f, g2 [3 n
17.     {
    & y0 I: z1 a8 E; a, K
18.         printf("setsockopt error\n");
    % ]% N/ {2 j2 i: X
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 t- s/ |3 a6 z7 w4 k
24.             return -1;
    " L/ g; Y, I7 A6 U7 p; y7 |- k) I
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . q% N4 k! m& D- S3 b; Q
27.     {
    + T. u4 R1 Q- a/ C9 @- H
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    - D7 ^: A, w* D7 s& Z
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);
   " p; m! T7 h/ R. o2 e( @/ a% U
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! G' Q( G9 @8 {3 T3 Y3 ~
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   8 e6 b- Z+ f8 v% V
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : f& I1 B2 o9 W  p. ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 l' N4 e5 ?+ F
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    5 u% V) i$ b8 G5 L( ^
12. 。。。
    . Z7 ^" `5 R" s: _* Y
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);
   1 {- O8 \! B$ E) |0 Y+ f# v
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 N- h' `9 t7 ~! x1 T& Q3 S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + x0 d- Z+ s: X3 n& W  i/ Y
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 _7 O) }$ K: d1 b) r, m+ z
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;
   , E9 H/ g* p1 d3 A; l! l4 n
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   , U1 a$ Z7 D3 X# G1 D2 Z" x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   - z6 ^. a1 u% Y. T  c3 s; c
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; P9 S) {* m1 B# R
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);
   + x" J5 u/ R; {3 o& j( J8 j' M# @
10. ...
    2 B4 Y) R8 p  q, q: A
11.     while(1)
    ' u; e# }* v, P5 I
12.     {
    " M. h) Q4 k4 H: ^7 i4 D' ~1 {
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ t! l; i- p2 P5 ?$ o) A
14. ...
    . E4 K. V) g0 L+ F- P! r; y% [- x
15.     }
    - w0 I; ^( k7 t! Y  v
16. ...
    , c2 j5 {$ C3 r$ ?
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   2 ^& A$ Q4 x7 n; w9 t9 ?; X
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" \
   $ I% g* z- @; O: }% l) h) R
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" \
   2 R: W, [( O. l& _  {
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & U) p/ T0 A1 J: f
12.             "\r\n" \
    7 r1 Z) N6 e# e; }+ f: v0 d8 ~
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & ~6 A" ]  F' D& z; i6 P* I$ f% D
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - _) d2 v% A# T* U; }. z9 u- A/ c
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" \
   8 P/ H4 @1 r- V) ~
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   2 \  e: {3 F  s% E7 R
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / c1 p! }) V) L+ p
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 z1 _0 x. }1 ?& H2 b2 Y  L& Y
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & }  v3 U9 @' P! C. I
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ( p# Y, ?7 l- k5 i. l
8.         printf("sending frame\n");
   + ^* @& r8 O( l" ~+ t! l
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   0 ^6 z2 d3 ~  v
10.             break;
    ) x  S1 \8 V- T# [7 S
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 u3 r2 ?; Z. y$ s9 l/ ~
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。

! y: V3 g, q/ L* S  U4 V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)
   : W! \3 e' S9 p
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . a4 |! t  Z  s
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   5 |$ Y2 s) p5 W- |6 Q6 A- V; Z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    , }7 }% r! N* t$ [( ]8 Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

2 E) T2 w9 y2 {4 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：

1. while(fend > 0)
   ' n+ S( [; K1 o0 k3 r
2. {
   2 v3 l$ f) B" J$ ^; ?
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % U/ ~, v6 F& M  {" n( U( z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 s3 N0 W3 z+ K# M, Z- U" e9 |6 O
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 R# B( _6 o0 F8 T; I
6. {
   , O! d4 M# Z2 t* A. b: `) |3 g% @
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % ~6 w% P; }: {# p
8. picture.fin = 0;
   & i& g0 J% ^9 j+ f; e. E0 N+ ?
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ) G5 F7 p$ @. G& j3 L; 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. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / ?5 {3 V% g7 Q4 ^
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    8 O  s# D2 t1 w# C; S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    $ ^+ Y, C1 E, F# h/ T
25. }
    
26. }

复制代码

! K: b) U3 m! h2 {  F* a
5 |/ c- Z* }5 h+ X8 \. ~5 E' `9 a

2 x7 ]% W- N$ Q! J6 M* |
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html