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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2 y! h$ m. \# u" G( \( R/ c! F

1 @& p+ w" q; X1 d, ~1 U, _

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

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。

$ X2 P- F' x- s# C% y% P

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。

  
  ( I% A/ y/ s4 _

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。

3 u# B" ?/ I$ w; e" d  a一、HTTP网页服务器
7 x9 v+ a, \; f7 p: F# p& b

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)
   " `* z+ m" l9 i* E; y* Y
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! h/ H, l. E$ M
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 }1 @% y5 C8 j; ]  w: L, ]$ ?
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   " r8 \7 Y; S5 x- A6 P
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   - I7 r* b/ t" `1 S: A0 |
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   1 Z% }6 i& }7 ]% t+ |
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    " f: C9 h6 S: F' x$ F7 S4 ^
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    " \) |6 l" ?( H8 @  y  L
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ! u, F+ D  @- G7 d
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / g) }# \8 O; [! ?* ^7 F
21.     if(ret == -1)
    8 Z2 l6 A; Q8 ^6 \, j( |+ X1 E. W
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 v' s) t, g1 F* T3 {/ ]
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    # _5 a0 r( F- `) x4 I8 |
28.             printf("Listen failed!\n");
    ! j  {$ Y+ d3 F- c
29.             return -1;
    6 H) r% ?* Q; _* z2 N7 K
30.     }
    
31.     return 0;
    9 C& a" r$ h/ H" _9 u3 m; m8 G
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   . a9 N' ~, ?( g# U/ W- E8 J
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 y; W- o3 `4 ^: b3 U; ~1 ?
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * s# O' Q3 {7 |* ^
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   3 L+ f; N% F; b1 r" R1 b2 H* L
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 \6 b( y  P) L8 i4 ?
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
     q# M' B; j8 B- M5 C, H
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[])
   $ K; Y) j5 a0 q) B: y  t
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 |7 R8 |4 ?% [
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 E7 x9 h. @! U+ M+ h
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / }8 H8 p, @/ H% [, o
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    6 t; R7 g* s# ]3 W1 y- w7 R
11.     while(1)
    / _% L& `1 n, P+ D$ q3 e
12.     {
    ! d5 c6 O6 b2 R
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ) d. [6 D5 L2 I. f1 n# Q0 ?# C
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;">
   ! q6 _' G* q( V! |2 ?. o
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   & d8 c* d4 g6 y* U1 O4 H$ \9 y
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" \
   " l2 ^* k3 t( }2 E
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , ?# s5 Z' n, ^4 f  R. E9 z7 p
7.     printf("preparing header\n");
   4 G* T7 H8 a) h7 X7 C
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   4 X* H; _) {, l# L/ b  u) H% B- M7 z$ j4 H
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , |) W6 _+ W% ]2 ~% {5 W
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + Q) q. \0 @& q3 a6 w# z. [  k) i# J
15.     {
    ! H9 ^; w! _) B; d) ~9 S/ ~3 A
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ! O* c6 u# M+ O0 U
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" \
   $ C6 H/ S! P( N: _( m% a' q
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " J3 y: K5 K: a0 F; U
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ' J* m& l9 z$ A) @
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

; p2 ?  l. m7 L; m0 a: s( K

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)
   # [1 m* U+ N2 q9 T5 _1 k4 [& K
2. {
   ' Y% Y$ }0 e1 ?& a/ g
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   , [. l$ z% c5 W  z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   , z4 V8 g7 z& B# c- {
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % }4 u0 I1 q- N
7.         return -1;
   
8.     }
   0 y. Y& H8 o; o' ?* X! [
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " l2 o+ G+ f7 V' R) H/ C* `5 G
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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* |6 s$ `' J2 M) A1 l0 ?
( e& f& j$ R$ O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：


" ^. R/ v0 e$ x

1. while(fend > 0)
   $ d. ?  p% K6 x+ {! o. P5 F
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 X, r" ]  z" p/ l' p
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 J7 z8 b6 M+ ]! I  z4 u+ ~
6. {
   % f( r# ~. J8 F( T+ U  @
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   # ^4 |" S% V- t& m& r6 H2 J
8. picture.fin = 0;
     {% y1 x- F  j, x' P+ ^! v
9. }
   7 z1 }( O% D* Z8 U
10. else
    , `1 K" y; y. k. `( h6 i! |6 |
11. {
    , b9 \3 U5 W. K# X) y
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ; g) c* K- F2 L# h
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    0 b3 h) e& E2 e; q3 d
17. if(sendbytes == -1)
    ( S0 u' J0 j* }3 X6 o8 O7 L! r; v
18. {
    1 \) M) W  m+ y6 M! `
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
      ]4 V  W, X7 S' m% U4 h. H- o6 k
21. }
    9 s& I4 ]0 x. B$ J
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

8 `* u3 k8 p( U9 k; O0 U
' `% e3 w" `3 a# n+ u  E! PiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html