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

: H0 X" f1 i* ^. {

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! x$ S' _% h" y( X. V$ b: ^

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。

  
  # o! P& R' ^9 z: ~3 h

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。

" l# L! R9 m2 U8 j% u2 k% z5 O. h一、HTTP网页服务器
$ F8 {4 B; K' }2 r: i5 N1 t

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. {
   $ D( o! Q% b" Z0 Q( h
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " _7 K5 D" h) y) i
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   * M$ c2 b: ?8 W: Z: @# {$ W" ]4 M
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   * o0 V* d/ }. _
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; b5 {$ ~% q% E- V
11.         {
    5 V7 G- T, @8 ~2 s) C$ m. B. H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    1 A; v  Y2 a, H" K6 j6 I0 ?* }
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ) R0 y- @4 b5 m5 h) R
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ x* E% b5 @; s% k! N! y5 v4 I
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; R% ^' U4 r9 N  k
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    5 a) d6 t7 X2 x/ }- f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    3 A' x) ^0 [, Y/ ?4 t$ y' T
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    & e) \: J- ^# ]
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);
   1 |, L3 H/ @9 o" {" u
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   . v/ j: q! p) K7 S
5. while(1)
   
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);
    
11. }
    $ {3 ?& i" H; q! g6 s
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;
   0 C) g, Q9 A3 ]5 e2 d% G! p& L- n
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   # e# Q: d! s$ u# L8 z
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   : w- X5 X3 L5 B; K) I
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;
   ) }4 ~! _6 J* K7 E
2. pthread_cond_t pct;
   9 p5 N+ f( ~4 Z0 Z; Z) z, b
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   0 u3 ?9 p$ q; n( p! ~* u
5. ...
   $ R5 U/ C0 M# h. N# Q
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / V* W  e, z0 O) g9 P
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);
   - [, d* c6 F4 b/ I- ?7 v
10. ...
    % n* z1 L4 i2 M! A" ~$ {
11.     while(1)
    
12.     {
    # P+ [* p) h" }; W% x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " ^+ Y, e& W$ C# p0 q
14. ...
    - E0 @5 ~$ H: n6 n
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 g) V/ }; b" w) ?3 T$ k& x* {* e$ ^
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - C2 A( C3 x) ^1 k+ F! d; e
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' V. ~. k2 S% [, y( l2 \3 ~
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   0 P, G' g: v" _' p" L( @# x" s5 h7 j
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   # s( s# I1 k0 y! `- m- [; l0 Z. n3 }
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # w5 {* _6 ]/ _* `, E; @
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    + p7 w! n. l; X& A% |) N' h- l
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & j' z- o  q- A
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! e# E1 \- _. a* d
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , T6 h! b' p! U
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   9 U! E# l; E+ ?5 [! F
8.         printf("sending frame\n");
   / ~4 j+ y; {/ ~: S0 q4 |8 v7 r
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " D' a/ F" f! s# Z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 V" c! G/ y) @2 P$ Y
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. {
   * q/ u) T3 L8 G  d- G- S
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( c* [8 \6 f# [8 H; r8 h
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 y& j  ]  v+ u0 U
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : D* w2 o. d" ]7 _. N& r& ]- E3 m
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   5 m. V7 t1 S  A( S1 ]! }
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 S( B4 H5 o2 t8 W( \
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " _1 v0 H/ x0 [- c1 t% |
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # \; d1 a5 P8 @, I! s; F% l
13.     return 0;
    
14. }

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' i. \3 s6 e8 y9 e
5 G* F0 M9 J2 E2 p9 R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. {
   2 ?9 x9 X2 ]; x1 r, n* E0 @
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 [& F9 D' W( E2 x# X6 e1 U1 d
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! \5 O0 ~( k1 I7 z
6. {
   6 U8 b2 x8 W% M( m/ B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ) F- Q: d8 T! E; A
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ) ^+ k5 p3 N, K* v+ x
11. {
    1 W5 F' o6 p/ o" I' D3 G3 m
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      d, ]5 H- |- _: [
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)
    % o, x% Q, g* \2 R2 d! x- _
18. {
    $ O6 J- i# E0 V0 n2 K
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    6 U) [; [5 u. i3 q( \: o. l/ F5 X  R
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 I8 U: A/ b1 }. @) K
25. }
    
26. }

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1 u+ o6 [% Z- I5 G5 W$ R
% e. J3 v) }! `$ b# q: x( g

  E: |/ ]9 o3 y' q
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html