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

: U( o/ V" O! i$ V6 K* }/ k

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。

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。

  
  1 z3 l* B; J  v( s. 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。

2 N4 k6 i" _$ F" Q( V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. {
   ! N" H  O& `6 X8 W& ~0 {8 o9 r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 l) ^. A8 o7 U
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 }1 b( x: q, G! D4 Y& W$ ~6 n
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   9 ?% i, |) f6 ]/ i* T* t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 I0 J( Q+ V$ M. n1 D7 h1 o
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    & e4 R4 b: `$ K. k- E
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 `+ x  v: N9 P4 z, `, T- v/ r
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    % O* g4 V( U2 A4 T# @' H
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    + P. z" m4 C- {
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    9 N2 u! \) T  b$ ?8 W
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    6 G  U8 ?& O# [4 A' Y3 L; o  }1 i
30.     }
    , K! z* t) \6 b( r
31.     return 0;
    + }" G  Z5 M: K
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);
   3 @9 g/ P% F3 U% x& D/ J: w$ J
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   % D. ~3 W, x; J% m
4. 。。。
   " B# {% w5 a0 g, z. f
5. while(1)
     l' g& w6 j8 Q" `9 ]
6. {
   ! l4 R5 v2 a& F  c* H' d: [
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     Y  O! M9 \" b3 u
9.     。。。
     @4 R8 f# S% T3 R8 g
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    5 Y& S. Z) |# r. p) a
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);
   $ \# h7 \6 \: I, L
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 G3 i% B( Z% _3 N3 a* j
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 O% ^9 ]3 x8 L
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   3 S* w& N# B2 z5 j( z
3. int main(int argc, char* argv[])
   : o: w/ j$ x1 \7 c2 Z; ?
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   4 ?  l1 R' \& D1 \
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)
    : U  z* B+ A  F# l
12.     {
    2 u# X5 Z3 c; A  H$ M
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    - O7 L5 t7 ~- b1 g3 L' ?
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;">
   4 r8 m- s# C5 c, V: 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" \
   % A- `! m: t* D" R# U1 d5 S
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   * B, m1 w- [. N" t, T2 q4 |# d) O5 Y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
     d  e4 {. ]8 f8 _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - V& Z4 ~' M) e3 \. N
7.     printf("preparing header\n");
   6 [5 z+ r! ]1 v) D# o( B# M9 p
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    0 ]* p" U, I5 h$ Q% Y7 H* Q# g
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 H0 t( W4 P8 g: A  g1 }+ U
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " n% l& e. j4 \. ?6 ]0 C
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" \
   , w& _; k* e3 Z0 _2 Y6 P! ~
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' o- y% j. h- m7 K
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   3 A/ K  Q. F$ y5 L2 `
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ! d; @+ l& a. N
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . d+ \( }# [( [% ^+ ]+ T0 `# s' d
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' \& ]4 t* {6 p  s2 ^3 Q" U
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。

# j' U' G8 u! B

0 j# j' t" v. R  W) a; B- a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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - E1 o* J% H, e
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);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    % W9 u0 t& `( ]' _" b5 S
13.     return 0;
    - a; p+ e* U0 Z8 I  }' Z# X7 a
14. }

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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：
7 @2 P8 O( @9 _- P$ u$ Q
: G9 i5 `" t3 P% ^
# G4 r( s# P' @" z  e, d

1. while(fend > 0)
   
2. {
   * ^5 ~5 O% [# M) z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   8 O* E4 z5 f# }& P" u, Z, Y
6. {
   4 f# Y! m6 g; }/ R# X# @' M2 r! h
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   . W& A1 \# ?1 W# O# _
9. }
   
10. else
    & \1 D) |, E$ c/ g' [  I) b: T
11. {
    
12. picture.length = fend;
    7 A) {2 f3 u" v( B$ U  Z0 ]4 O% h
13. picture.fin = 1;
    9 p2 \1 L  [1 D3 k' _# j* R
14. }
    : [: f& x) I$ M$ v( Z
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");
    3 Y8 o( B( m$ }; C+ v
20. return -1;
    
21. }
    ! Y# D6 G4 N6 G. J8 M  \
22. else
    , F* n1 [4 `* k
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

+ H( b/ M$ S) R5 s* {9 Y

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html