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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+ f  w% J6 T# ]3 W

1 C3 g( O$ i+ ~+ v! W

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
8 B+ y; G# m* M# f& b; l

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。

4 j+ J" ~% z# e  e

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。

  
  / G. R' X% j7 r- f$ u' r& c" `

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
- {. _/ Q; C' w6 Q1 f; }( M

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)
   4 @' q( f2 h- \* {6 Y
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - {( x' q( Z+ a& z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    & G8 u; a& \# ^& _" M
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 ?% x* i$ n2 Y# u
13.             return -1;
    
14.         }
    ; |8 v8 ^$ d" S6 g) V1 k# D3 q
15.     int on = 1;
    5 Z: i6 p( Q- T& k7 j/ q% o
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    1 U0 p1 V6 [- P- ^
18.         printf("setsockopt error\n");
    , ^  _: \; H8 U8 i+ c' ^6 s  a9 E
19.     }
    4 s4 ?5 j8 C9 J* s% |
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    0 r, t, i1 `: _' }9 G
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    - q7 x: A, ]4 F2 e5 t
24.             return -1;
    
25.     }
    5 y; E& M! k9 C1 ~3 v) g- z0 q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : b+ X: G3 k4 s$ f& m% ?6 V0 Q
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ' j" s( `% Z. U3 b; y8 i
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);
   % m) l' W! M- T( w$ M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   " k) F9 }; X% x1 g& H' E3 K/ J
3. {
   
4. 。。。
   " V# ?2 ^: ?9 Y; u$ C9 K2 i$ J
5. while(1)
   . b) O: @. R, b8 {; W6 c6 {
6. {
   ; i4 J0 X/ e7 D9 B6 S. ]% f" h
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + B5 w- \3 f6 B, q- c* ]$ r
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    / R/ |4 z7 K1 C% D
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;
   . E5 n( K6 T2 j# Q4 x8 i( Z6 ?
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ c: o% I- E, `
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( @! [  G2 D2 Q4 @: x. j% R' }
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)
    3 Y5 |5 {6 u* k4 s3 a
12.     {
    9 E# @9 A. `3 J, [8 r
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( z7 A4 ]: d0 M
14. ...
    - p6 t5 W4 g" F( A
15.     }
    # \7 v+ k1 v8 D* x& c0 z& W
16. ...
    4 z+ p4 ?: X8 {. Q/ M
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;">
   * N# N4 O! A& V7 v
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" \
   ' y$ B9 I0 Y" l7 I
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   " Z( P0 t0 \: V6 \0 G; U+ Q. m
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 }8 ]- a- e' G* C' t1 f7 t1 n5 u
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 I0 ~  w5 b1 K- W+ ~8 A2 i8 M
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ! w$ A: b$ U9 T5 C0 F. M
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % C3 x. [, A+ m6 J5 r8 N
15.     {
    
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   3 Y' K3 ~6 I( F" {% _. a
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( ], T6 @3 Z7 o0 e6 r7 W- N
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! {5 ^, x1 y" Q3 c) V: n  ^+ Z/ O
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , ]) E! J2 w/ H( R
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   8 [$ c0 c) o3 o: E: U, p
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 V2 m, Z; u0 j% _& Z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ' E6 g9 M" A& b  b* q0 t% v! p
11.         printf("sending boundary\n");
    % X$ w7 }4 n8 l: G5 {. C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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>

复制代码

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。

2 c7 l) D, C( a. i9 c+ B

, a2 v+ h- O3 S0 ~7 r6 e/ h4 H二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 I- {! J1 ~. G+ }  B

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))
   9 O- p- u4 Y0 |( z8 P5 G
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ' o$ y; A  Q- m  x% T: A' @
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
      S$ U" W9 _* ]8 |2 P
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    $ |9 z6 j( o* _1 I
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：


5 ^% X; o/ U. G; g4 s4 @- w) _

1. while(fend > 0)
   7 ]$ y9 m4 s. }
2. {
   ( V7 w; N$ K+ ]# I2 L
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;
   2 D; ]" a1 x" s* n
8. picture.fin = 0;
   ( r: M' F+ [- D5 ]; G' l
9. }
   : a$ }( Z4 @6 O9 X+ g1 R
10. else
      e# z$ |. u9 m
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ) b  B/ f, ^! O3 t9 ~
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)
    % L& |6 M  T5 {, D8 n& O) u4 H+ i7 A
18. {
    9 t+ x9 {: L4 F6 {" u% T/ ]
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 a7 ?! h/ y" ]% \7 T
20. return -1;
    5 W: q  B! H# e8 ^; l! S: ]0 z, M: @
21. }
    + e1 Y1 R% l; g! i" K. v
22. else
    - m: s$ T5 I5 k  z
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ( O5 E5 Z  g8 f4 W% h7 o7 E/ t
26. }

复制代码

* w+ D# b5 ^; ~( \7 h/ N3 M$ c

; f% M; L2 c: k/ b/ u* r- iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html