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)

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" h" f7 Q6 o% @: N. [6 l8 E

) _4 [% |; f; p8 [0 r* K

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
2 ^" A2 A/ m8 w! m
! I8 T. L) I8 W

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。

. Y$ i  `& L4 y3 Y% |% j- V

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。

" x5 D: k* t, x2 t+ x( z# I5 i4 j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)
   / {- }" |% E* |  ?- ?- j# a
2. {
   , S; o& H# T3 g3 H
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( t* o6 k# p. e4 `9 e3 }8 b
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ( C/ O2 V% z& K) M; n% O, C
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   0 M5 ^0 b/ E  Z( s$ n
9.     int ret;
   5 E; J4 ~1 I9 `/ r' H9 Q) Z
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    2 l8 U# B8 j5 _8 Q7 r
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    # J3 C1 O- b" t. |. z
14.         }
    2 U+ E% y3 y( A2 Q5 Q. L+ k
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . d$ ^  ?0 m( D
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . n- G: d7 S1 A9 E6 W8 ^, O1 l
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    " _; D3 v% i1 {* x# p
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    9 u# T4 c- P0 ~' n
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    4 K: D& o$ L2 `2 m
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ r, i- k  B. f3 D0 E! V
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    & F3 `! t" b+ Y) ?
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);
   * p9 e2 {  q  W# {8 D3 K1 v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     P9 z/ t- o" ?8 `4 I8 ~1 `
3. {
   
4. 。。。
   . K0 [8 g; K! I% G# Z
5. while(1)
   
6. {
   ; P' i: h% O6 f2 b% l3 O
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " ^9 i* m* W# |  K& _7 P7 e
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - p, w9 I* q1 U( B1 q
9.     。。。
   4 {; C! n% ^, Z0 _! v: w
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
      A" A4 O" j' E) l/ P/ `4 U6 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);
   8 }9 U9 [! Y& t, r) E7 w
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   3 P- q6 H- B. p  N+ h* ?8 C6 G- ?
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   9 S3 s8 \7 F* L- j8 f; T, E
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   % V) k4 K3 {7 B. l2 w% e( z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . ?- H& |) y' T' r- W, X
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   0 p. x" l2 }' }1 g9 V
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   # x. d6 G0 N: F8 C2 W
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    7 S6 r3 ]) H. @( C, ^
12.     {
    ; D6 d! V( {' R5 L
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & f6 t0 `! r+ l# B
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    , H! v6 S: z3 q: ]# e, O7 W( a
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;">
   % h, T$ a- n8 k8 J+ Q
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 I: }. q6 r( ?2 B; ^
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   $ n' X; u' M' F' |
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - t  N" p4 [. Y* }$ ~
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * v" N# L% c# d6 M. l
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    : _# v' Y- o6 s4 u% q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . r5 D6 \5 ?* ], [& W' O8 D# D
12.             "\r\n" \
    . u/ `! e& G* l0 I
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . M9 b8 P  ^* E( W" E
15.     {
      [3 A/ k6 m# H" u1 a+ S
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" \
   5 [# [, @& x! [" ?7 A- p
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   5 p! P, ]4 H2 \* E4 f- d$ j+ \2 q3 ~7 I
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # V6 ?3 e! T; E3 w
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & F$ [5 ^$ ?( C* @; h
8.         printf("sending frame\n");
   ; T3 @' k& P# W8 A$ X7 S0 b; ?  {
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , T4 h9 S, _) k9 ?8 F
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % ~: w/ Z9 I, v: j, N0 ~* C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! N3 z  L6 l# ]2 v5 h
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：
3 O7 n5 Z! J% p& z* d* }9 u6 z

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);
   3 W$ F$ V' `) L! F/ g; a
4.     if(*socket_found == (~0))
   ( R! {7 t+ W* N, r
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * r8 F# W, ^9 L; ]  v
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);
    ; F  O: @1 f9 p
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    & p& H$ X; J* c/ B) X
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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)
   9 W( |& s% Q# _0 n% i; p
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 R* v1 ]% D! I2 \4 N0 C
10. else
    , r; o# L7 n$ N$ L5 I  D
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    + R0 a$ F$ \* @7 D
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) u% u; q" Y+ P' h: `) b/ S
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    2 m& v+ N# l" Y$ f4 r1 d
17. if(sendbytes == -1)
    . g: t9 Y  N! f
18. {
    ' M- N+ k3 {, L) `3 e3 c+ i  {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    , X% |2 J- r, U/ p
21. }
    
22. else
    " m3 b( D0 d3 `7 p, s% z% m1 J/ m9 [5 p
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 q3 W0 z8 W/ R/ G
25. }
    
26. }

复制代码

2 i+ Z0 j, O) ~; V$ s
0 I0 A( _! \; z' d

9 y3 v6 K& I8 B2 M3 v
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