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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' _- y- y! b" \  V* h2 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

4 {$ C% a& {2 m2 i

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。

  
  " g. c+ @9 y) [4 _& b* U) ?; z. 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 F" v! O! @1 U9 d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)
   7 D1 r  L. e% U" g' ~
2. {
   & p& f* `- z3 u% {; o- Y' U6 F
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( V' A  y) F7 o7 ^* j+ F
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 r. }' x5 i& J; B
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 g! m2 q) ^- v
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " G! n7 V" O3 c5 L8 M+ k3 Y3 S
11.         {
    - v+ {2 \9 y3 P+ {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    4 k8 J6 E- g# Z8 s: P
15.     int on = 1;
    + P, O) I+ D! j+ K/ n8 p
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    9 k/ j& a$ O2 j; e- t* h* K
18.         printf("setsockopt error\n");
    & B2 C2 E; @7 a
19.     }
    5 G3 n) R$ \  `3 W9 r
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; O6 I) f, X. b) S8 }" H* O, e
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    4 {* b5 C  ^# w, `3 o
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; \# I: R! f4 W
27.     {
    ! T0 V' T4 v5 ?0 e' s6 }
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ! p. J6 @% u3 ^; D2 G9 _' d
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) D7 x  O- M* a, o0 t; f; }
9.     。。。
   . }+ n! J6 V. r2 ~# G. o% ?
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    8 A2 J! q  O5 v- H7 l
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;
   1 Y3 B* J4 g$ t% P& u% v9 i
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # u: o' T4 @3 p
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;
   4 s5 _$ Y  s# j1 K  w+ C9 i
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   8 P5 ^( {# ^9 d- R4 P  [
5. ...
   & Y- R" y9 Y" |  S8 o/ _
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , k3 p  q9 b% |; I% O# M# {. e9 j
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   # N3 I5 ]) X* r+ ~' X. F% H
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   / B# Q. b' W/ h. F% i# z. e, L2 H
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    % `4 ^* W6 e) ~. g& B  f: @2 a# d4 y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) W$ x; L' X/ r1 ?& [
14. ...
    ! W4 v) `* a8 g& y1 L* r
15.     }
    
16. ...
    
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;">
   # D- `" G$ A9 e+ S' Z
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" \
   . |. X3 ?5 g* W5 p2 o4 Q1 S7 y0 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"
   ) `8 w! b; l" M
7.     printf("preparing header\n");
   ) ]9 H/ d' ?( {
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " R9 O: U8 X! L/ M9 A
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    4 r# v2 ?% \- b; h
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 A# @8 H" ~0 u: B
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 k) _0 m7 A2 m; q2 O
16.         free(frame);
    
17.         return;
    & u- `3 `# V6 F, J" ~! D
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.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 w5 D; z' _8 ?& r
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 Z; L& l$ ~; Y8 C  a" U  B( }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   8 [: k3 a" j( M& z3 k& \/ Q
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   & w* p! @% X! F  j& t
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    9 Q6 ~4 s& b# C/ }
11.         printf("sending boundary\n");
    - T4 L. b9 x0 f. i/ X6 w# I
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：
8 U# ?2 d7 h7 `

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ) t) @) q) Q- t' }
2. {
     @6 L. e. J( c3 [  T& \# f2 z( S
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   + X) r" I3 Q9 u" K
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   9 [* K  a3 y1 a; C7 s* u0 b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     P6 r! Z1 S5 O, \" A; e
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    % s# h! u$ \. U
13.     return 0;
    
14. }

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& ~/ b& m9 i5 q$ \
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：
: ^+ p2 j+ y. D
: h' k* m+ X7 H, L+ y, M" g
, q; s( A: G* C& J  J7 h' ?* a

1. while(fend > 0)
   ' B  W6 p/ `# \6 z' o7 X
2. {
   ) n( @1 ]* y' m" m7 ~( O
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % J' ?8 W: a% ~. P
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & \6 [0 w( I, N% Q) v
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   $ z/ \# P6 p& C8 [! B: R: d
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   - k/ K- F) }# g* }4 q. W5 m
9. }
   
10. else
    ; R( m9 e) |% N! V3 o$ \8 @
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    0 u/ L* v! ?  p* r: H. b- c
14. }
    ! }  c3 t3 A. u4 d9 Y# d
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) k! I! X, G' h8 r
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    4 {# m# Z6 e3 e6 K
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    1 ~8 l' V# y2 s, d7 |! e- u: `
20. return -1;
    
21. }
    " d: g7 N8 Z% K6 n7 K/ G
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

& _0 Q6 A( z  u2 ?) f
( j5 j, s# H! i3 D. r& P

( p6 F3 [4 O/ |( M
$ C  f2 t8 @" p, s" K* ziMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html