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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, z4 F% W$ q$ y' a. [

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
7 s4 @! K- k/ U2 ~9 k  g

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。

& E$ q3 N# v' h! [% _  i" |

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。

  
  6 u! D: u5 E, F1 j  I6 U. o

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。

8 r& D& b- }& Z9 D' S3 @一、HTTP网页服务器
: K) B& g$ ~0 q- L0 ^9 n

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)
   " L0 r, U3 ~  b
2. {
   - }3 X& V: z$ }4 Z% d+ T
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " O0 [* W  [+ M7 c) z
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   , J4 @8 X8 r" E& l
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   . r2 @1 H0 P' K' {' {. s. ?
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    % e/ p8 l& H+ ^8 X5 [1 _
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    6 B% S# f8 M! C1 ]8 d; @5 j
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    * |; s4 l' A% h! G6 g/ ^8 {
19.     }
    ( y5 q- B* }  f- Z- h2 i
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ) Q+ v+ Z6 `' w" V6 ~7 x  M9 b
22.     {
    & C4 }" L! a( N, k" C* S/ k
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 u) O0 u/ p" x* r; s' T; n
24.             return -1;
    ; g5 f, w( q8 F0 C& H* c7 d
25.     }
    0 v( p2 N. ?3 d2 t. z: F0 u6 p$ a
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / i# A/ Z4 u) c7 u' Z& E
27.     {
    ' ?& Z8 B( e8 i" L7 }
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    1 U: ?+ ]; S! \, [' }
30.     }
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     m) t  A9 ?( X! j
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   7 [: H, B! V: h: C8 a
6. {
   4 |' `  ]* p) G+ I2 |
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);
    % O# Q5 H+ v$ w$ X5 x" \
11. }
    2 O; b6 R( A- J/ y1 Q: n
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ) a. E2 G  P/ K) n7 R: q% O4 z- X4 }
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 s2 U6 V2 @- V( O3 S! T
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   7 H3 ~9 H+ Z4 X  i5 @) L
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;
   : y$ ^+ J9 D, Q
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 S7 C$ o, V9 v- ~* {0 C; I
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , V8 {& g- Y2 X2 l7 O# |# x5 y
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. ...
    2 E4 r2 ~, N/ W1 E$ `4 @* s
11.     while(1)
    9 U, H: f- m7 `6 k
12.     {
    + h, m: B/ n5 q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ! a3 j% _- Q* Y' u6 ?
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" \
   
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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 E2 R5 D+ m) C8 G5 u$ D0 l+ P
7.     printf("preparing header\n");
   : @6 F: G5 r! k  Z% t% Q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      V0 T6 {- R1 Q# P4 M# p
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 L% J( q3 A0 A, S# L& Q' K
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 |, s: n2 G6 \
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" \
   " E) K/ e& I$ n' w5 [
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / r" n2 q2 E( D* k% \
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : y. m/ V+ w7 s5 ]) G$ C
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : B7 k  j& D7 U6 v# V0 W
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ' g7 q% S* a: a. r& c, ?$ m
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # s) \0 d- N4 ^- ~% m
10.             break;
    3 c7 J/ ?8 D" p  `- v  L. Z
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>

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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：
/ J. s7 u" f$ B  H

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   + Y4 s! I3 V, q9 T" Z5 ?
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   1 h6 x- ?, }1 P7 X
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     W0 ?8 [$ f8 L) u& @
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 v+ k0 K  b+ j* h, t" \
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! \1 ~* t* h5 X3 |' b1 t! b' l" F# u
13.     return 0;
    9 d* H0 v5 v5 [( l
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：
  W" t' q7 U; f6 b
) m' {7 h6 b- H% s+ G, g$ q& O2 @
/ p/ t. A9 j; e) @9 L9 t

1. while(fend > 0)
   & k5 E/ U7 h0 A6 q( s0 l# {
2. {
   " _, q% B/ q9 Z) s+ e# d
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # N% b; E6 T: F  W1 Q. b
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) y; _2 r# R) K
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   1 q5 m& n" h/ @, c) ~: f
9. }
   
10. else
    6 k; K# n: O0 Y9 q. I$ o
11. {
    ' a3 B+ C. P" v/ J" F
12. picture.length = fend;
    ( l$ n  g" w* n8 |0 p
13. picture.fin = 1;
    # p, E1 M! U8 e$ t7 ?: A: G: v3 y& [
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # D" E7 B# ]& V) q
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    8 @; E& V1 a7 V& @
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 f" _5 e; l3 n. |8 `
20. return -1;
    % O4 R' _% V' r' i8 K- X
21. }
    " s) F4 g. h/ L
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; L0 Z7 h4 S* s" y
25. }
    
26. }

复制代码

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