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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9 w" K; [2 l( w* S" E) ]
* s# Z% B# L! S9 g; z0 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
" k1 S+ h# {- 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。

* [- a5 Y7 l. ?+ f9 J

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。

  
  1 @) X9 a* `' H9 V' N

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

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)
   
2. {
   * @' |3 W# ~* O; L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / q( d/ V1 N; a* Q% M
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - g  F# B7 u! U0 w1 f3 ?9 H- d2 N6 F
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.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 Z5 ~3 V5 Q; G1 C7 c( W3 ^
13.             return -1;
    - E" s9 |$ \, t0 j( j' n
14.         }
    3 r; ^4 g$ W% c, y1 Z( f* z
15.     int on = 1;
    : v9 q/ I- U* L
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 F. B( f5 c' g
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    - Z5 T' |5 |! i* c6 X8 t( B0 Y
19.     }
    ) |8 O# N& W0 B$ y, V
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    $ T  _4 q. O) U) r6 Z) |+ H
22.     {
    ; N3 t0 i6 m/ f; E7 L) x
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & [2 _! c$ c  G: s6 T! M4 w5 z
24.             return -1;
    
25.     }
    ) M# M/ m5 Z8 P  D5 p
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % @; y( c4 y* {$ ~% d
27.     {
    ; N- ~0 z, F& N4 S" u* S- p: F
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    # N: k# v" w& C1 x8 e/ Y9 }
30.     }
    
31.     return 0;
    $ E9 Z3 q" i& _, 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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . I1 s1 ~: e* w% u
3. {
   $ [( i9 v* p* j$ z
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   0 J0 U7 `* U8 t& n) ]  z. f" s
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    3 C" h. v" V' _; j1 s9 r- k
11. }
    + B* }: V: V: R* p  T5 h( _' y- H
12. 。。。
    . X6 e6 P1 p  B) o1 S9 D, k
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);
   . B+ h0 ]+ h' m' [: h" Z
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   $ [+ a: |5 b6 l. l7 d3 W( f4 ~
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   & f9 I$ m. P( A- G6 O- ^/ N
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[])
   $ L6 R- k" b% n' G3 B* |
4. {
   4 h- f9 G8 a% c+ x2 w
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * h. W& h- X, s# f# m
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   - N: j7 @( X# E# U; }# y& J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   4 b, |! ?+ ~% I/ \$ d& J
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    2 p0 i* ?/ W2 E6 T: t
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    % G6 L8 e7 t3 a8 r$ ~
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;">
   
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" \
   5 h/ ^, p9 O) |
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 A  ^: [7 U3 F! T. y  w; ^& c
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"
   
7.     printf("preparing header\n");
   3 A9 j" x3 L+ k/ K
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" \
    
12.             "\r\n" \
    2 L5 V" Z( m3 l/ B
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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" \
   7 |9 p2 G8 c( b% ]4 X- x) }, O
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . P9 r; U! M& |& T& g+ F2 O. n
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 t3 G& ~' T" m4 o6 o5 i" U/ \1 O
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " d# V" p" J6 M; e$ o
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    1 C, N; s( y% B5 J" m3 _+ o
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; Y+ n, k5 }4 K1 j- }  S: r
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' Q5 y/ D! z) P- s7 t* ^. O

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   0 U1 ^& T! o( ~4 u9 S+ W- l
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ! V  V  h$ A3 u2 Y: o, }7 m
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   $ F/ J" O4 C+ r4 P
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

) ~$ V7 a' u2 c. M) W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：
. D) p/ U/ e. t+ G+ E' k6 I

- {4 I* O) V* k% I0 e

1. while(fend > 0)
   % |1 W. H9 ^* ~+ e& {
2. {
   & D/ g1 n; P: Z/ ^8 a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , \# ~4 {9 L( s& W4 Y. `; v
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   9 q: N' s* s: }. Q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   2 s( \$ [( V  P8 {5 X" u( N
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    & e: `0 B: e1 v. r2 o
13. picture.fin = 1;
    . r& q$ `& o; A$ B" G$ o: E
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + J  r4 D5 e! ~0 V2 X- v0 g
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    # g* L; l2 @* {; e
22. else
    # L; s+ S9 _' ^0 I5 J0 m
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    " S2 _. H  |6 E0 I1 U
25. }
    
26. }

复制代码

* M  ~- C1 Y; F1 X4 H

# D, V& L' L8 q. a6 a
# U6 r3 S9 D' `% ]  O  G' ?' fiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html