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

1 R/ Z% t6 F# F
8 H; N/ ?! z/ a& |9 {9 h

2 e0 p! h; y5 H6 @% ]+ D" B  q* 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

* z) D2 F2 u3 v- F5 S+ C

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。

  E1 n& r/ L9 ^4 o6 \

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。

5 l5 m2 c1 U' j一、HTTP网页服务器
8 s6 O  P% T! y! K0 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)
   / d. N& U( P' X  X
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / h  F0 }4 Y2 N( @/ n
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , J# Z2 j( e# O6 z! e7 G7 q- p
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   : X& e4 p$ d: M" w# ~" Q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ! z+ B8 n; K& b3 A, L
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / t" ]7 R4 E  c) D
11.         {
    / [; |3 Y( g- A7 f* r5 u. b2 z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . M( `. h1 v$ I7 i7 X2 c8 s
13.             return -1;
    5 S2 ~: U% h4 t" n# G
14.         }
    5 C' x3 u! }5 p
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 Z/ e6 \) J& v7 x+ H3 @. l$ w
17.     {
    0 o- d4 n: h# \
18.         printf("setsockopt error\n");
      q  P( D. ?! N9 ]+ _( r6 E
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , R/ a4 [3 V+ s9 C6 P" L
21.     if(ret == -1)
    " w& t% v9 d9 R/ B4 C# h% I
22.     {
    * V2 |: R, q( d0 G. N0 I0 @
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 f& F/ M7 C/ U% s6 V
24.             return -1;
    ; F: s- I! `) w
25.     }
    1 |& `& t) `3 F2 n
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 \* s$ _6 }% B  U2 f
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    : X$ E% h9 c* A2 X
29.             return -1;
    ) @6 {$ Z* I' a, b
30.     }
    - G0 |! T1 s2 Q8 H9 b+ Q
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);
   ( Z9 X. D& g& R  B1 d1 m1 _
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ' X- @& _% C' y1 y$ O2 A! e
3. {
   
4. 。。。
   0 r/ b% [' Z$ Y. E* H5 r! @
5. while(1)
   
6. {
   * A6 X, G; ^/ Z8 o( F$ ]
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . Z& ^# z( U/ ?" C, s" n3 C
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - q- Z& Q: J* j, \( }9 G
9.     。。。
   , P: y* S4 d# s
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ' V# i0 q1 N( M
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);
   / Q% }4 ~8 X: [4 h+ }: f$ E8 p
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   , y* o  d! m  s$ C; g* j
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 @& M- K' i" b$ [( ]9 J
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 j* P& B  Y8 g8 \* `2 O
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + M# ], R  H4 A% J" x3 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;
   
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);
   
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    0 D* l7 ?& c6 P9 H% _# `9 l
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    . ^! l' Z; M4 @& E0 \
15.     }
    , r9 F5 k: B" S! ]: ~/ l; `
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;">
   ) [6 U8 @7 B# l3 v4 R. c
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" \
   ; ~1 B, Q5 H( _- q3 X& X
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");
   # j9 K5 D1 h2 ~# R
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - R/ ]6 l+ D9 Y0 \5 n" w* z
10.             STD_HEADER \
    1 D7 r: X7 V! m# |+ M. L
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - A$ m5 `' ]# N# w
12.             "\r\n" \
    $ l9 @' P: C5 E+ \$ G, ?( Z4 Q' l
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " d0 O. x7 K7 g- ?5 o2 o+ t+ N  W
16.         free(frame);
      n# u) q% i! C! ?5 z. @# c
17.         return;
    * {- J& R+ I9 W  R
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" \
   9 I9 E# z1 ?! W% L% e
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ; ?$ U' @% R1 x% R
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   % h* [9 `, X  o3 [
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) |2 p: E" l/ _$ K% F$ C
10.             break;
    9 p( u6 o, M" J4 `, J
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 L/ p  Z4 s6 r* ]
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：
+ Z4 i- f; p$ r7 n& j

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ! \4 U+ [" s1 ], T) q9 D: t
2. {
   0 Y( ^& v% I) h& W+ Z/ V4 r
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ; W) I- D3 J0 c$ A9 u2 Z0 J
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 C( N# H/ ^( ~4 y7 M
7.         return -1;
   ) q& ?* O5 Y' d$ E
8.     }
   5 f/ N- F8 }* i. u# }& a# i" b( g1 V
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);
    . _/ o3 U+ A; \3 I& \' N
13.     return 0;
    
14. }

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7 M7 L2 l% i( H2 J; b" R% G
, x, ^, B9 k5 N: v0 s5 s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)
   , U' b2 ^7 Z( l  G3 X: Y8 v
2. {
     f6 v8 i6 c, z  Q$ o. i8 t) n
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) K$ S4 J" F  z6 T4 u- [0 J
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " C9 o) H8 o# p
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 s3 A2 x; c5 p( C: `: H, |
6. {
   " q4 D7 N5 d' A$ L. v
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + I9 Q! |* n% W- l! b+ f
8. picture.fin = 0;
   6 u& e$ z( i+ w: k0 j& e
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
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)
    ; W# z  B" Q2 H0 g- j- G
18. {
    0 y+ U  c/ b1 I" w( d% c
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " H  o3 }8 u+ z0 E. K+ u
20. return -1;
    
21. }
    5 u! ^. p& S. }+ v, i6 Q( ?  k
22. else
    ( v& P& Z9 w, a. b" I
23. {
    - b4 p8 p* D5 v$ t! a! X2 d% r1 `
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    $ P4 d  P6 f6 t! T- W3 E
26. }

复制代码

7 h! T* l( z5 y1 Z2 f* X4 H  N

1 @. x' V8 F2 e
: C: m* [( p: n% h8 e$ l4 TiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html