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
/ y. s6 n( i! g$ o* r7 c4 w" D
3 `. k( W. E6 ~2 |- h

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。

$ x: j! R8 u7 G! X

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。

  
  # u6 u4 Y1 }& A

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
2 e' r* u. `7 E) V7 _' U

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)
   1 }1 s0 z- c3 A" r/ n
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   2 Z; t  M: K+ B( d: Z9 f
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 v; H% y" F& o( o2 a
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # n+ P+ J. e2 P3 p3 l! ]
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   / J1 v' i3 v( f8 ~& o$ e
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 P+ u0 E- `0 ]; f# {4 b. h
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 M7 p' ?6 t- Q9 O1 Q6 I9 A. }
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    3 `- y: F7 O( _$ c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 a# U" T0 s! u, n5 _6 }
17.     {
    6 z* _' O  _" d; A/ U+ i) {! g
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    9 k" n1 c. H) ~. Y
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 t( b/ \, N0 y: i4 w
21.     if(ret == -1)
    + L( Q+ j5 h- ~' N  [& n6 g8 Z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . J" y& O7 x2 z' e5 P0 ^
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   " H3 P2 V8 Y5 @' j, W, P" A: I9 _: s
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ' C4 O( G+ p6 D  d& F0 n5 ]
3. {
   * H$ q8 W7 O3 [( l& \
4. 。。。
   6 {& L# C8 T- E, ?/ Q0 o/ i
5. while(1)
   ) C- ?' M# o4 n- X
6. {
   # }; Q/ h; G- @/ h* B6 A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   * e" }5 ]; V# {& m3 M! B
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   + a  c9 Z3 Y& h2 y7 G" [
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    , D3 g3 b0 O3 a7 ?. b2 @
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);
   ! O6 |: f( S  Z0 c* `2 i" T
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + b# m" W9 f' _$ d
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ; R$ n: f6 q# g
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   2 O; h/ G4 X! M8 d. m
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;
   ; O* ~. O7 |  g% K1 R; l1 l
2. pthread_cond_t pct;
   6 j8 Y% ]4 a- Q4 s8 {& v( U
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   8 |1 {& q5 U3 A* \1 t4 U( D2 m5 C
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' H: v1 s# N( v
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. ...
    $ O9 z! d9 k# V( o: U! e) h
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : e/ y8 Z; z7 `* r8 T; Z. p, s2 O& s, Z
14. ...
    ; D- M, m/ T. h; U+ G& H$ ^0 K% @
15.     }
    8 a) @. m5 {' v. V2 G/ M
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;">
   ) D1 ^7 r/ D% ~+ k. j5 x' T
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" \
   4 b/ M7 M, D4 K; V9 {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' }0 i2 I, R5 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" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 s( K. H% ^7 D# V1 t+ m% ]
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    4 U2 k4 T) d! S
16.         free(frame);
    / r$ X. A( d1 m* p9 E
17.         return;
      t7 l9 ]8 u& s5 A6 m9 F" d2 V5 v) X
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" \
   , Y( W: k- m+ E: ?+ L8 P4 l
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " T6 o( j: o' h+ s  b, f0 j' S
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ( ~, U/ l. |* p. j2 S! @
8.         printf("sending frame\n");
   # t3 P# y/ ^7 g# A1 }& _" k
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , k' t5 ?  d' J1 i
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . @9 z8 c% o  G5 O$ [9 Y4 R
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & _) B' W* N) z+ E0 z0 T' E- b8 O$ T- \
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)
   
2. {
   % M- o  x; {. @, }' E4 x, M9 s( d( o
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 V: w* K8 c3 \0 O/ [2 w
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   0 Q% y+ Z2 ?. d8 X- l, F& S% k
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ' x$ v: G' g  J+ j7 E
7.         return -1;
   # }; c2 v# H( g2 S* X3 V* m. U
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / r4 m5 }. Q5 Q! s: M% F4 b
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " _% x) D3 K* e/ v, O
13.     return 0;
    5 h* K& S- I. y* c1 N% f
14. }

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) S  n1 l& m* |# k
( t7 Q; i0 {$ |/ q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)
   
2. {
   + E' X, e( x1 D2 f) G4 i1 }
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! D& v7 r7 _7 V7 M* Q5 Z: a/ t
6. {
   , J( G  x- u% d' n. v
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    * s, A3 T+ C2 |% G) Q
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 ~9 `0 D( \; o& a
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);
    ( d/ R  P3 ^/ ]  N
17. if(sendbytes == -1)
    * F) F1 s% p$ Q
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 d3 E( u: \6 D/ r* H) y! d0 {" c
20. return -1;
    
21. }
    / \+ \- e" ^4 ?6 X6 J: k; T8 s# N( w, f& p
22. else
    
23. {
    & q$ j$ y' H9 N2 C8 v9 q) m
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

4 e& f% S- l: H- N- k* @  f
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html