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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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
, K2 u! x  X8 k" b' P( ]3 v

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。

. n% r' V' a5 o1 ], A

1 g! s- l$ x* Z. F& L& e9 u: 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。

  
  ' a$ b" X- d3 [* b2 y

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
0 ]/ E: G" s' q. k3 S1 u5 d; Z

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)
   ; M  e* r6 j9 F$ `& X3 X# v
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % m5 w0 v& O& C! D, {- f4 v
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   : f# t- J6 U8 w8 a; Y/ o
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * X. _1 P+ j: g9 V. X* Y$ o( Q
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);
    . ^- L/ b3 R! u  m
13.             return -1;
    0 x; K& P5 F/ |. e* i
14.         }
    9 W8 X7 o  @; ^" \
15.     int on = 1;
    : N* J5 t$ y4 I: @6 \/ B/ U
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' w: C4 H& ^' l
18.         printf("setsockopt error\n");
    % v! q7 _: d6 [2 @! }
19.     }
    & G# j+ p/ @( S2 x
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 `, m. v! [: d# k+ o
21.     if(ret == -1)
    # X4 b$ w6 v: ?- \. F3 U
22.     {
    ' Z& K5 M; V. J" Q: Y$ n! m- Q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    - o; b& s3 D3 p  I0 ^6 F
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    & O- ^9 S9 A2 j! R0 _
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 O& S8 |3 r( ?
29.             return -1;
    / G2 G; ]8 T- g7 m( v
30.     }
    
31.     return 0;
    ( m0 E8 g8 i) Q) `" ~1 J
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. 。。。
   7 P7 y' Q- Q; |( @
5. while(1)
   3 S! U9 M2 g) b/ K8 y9 }
6. {
   # Y" V2 P  d8 b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   * _. j* p/ w: l9 T2 ~; q
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * Q# }. ]4 c( |7 B0 Q3 y
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    6 h4 r6 `0 q; Z3 P4 H+ Z
11. }
    9 g+ J5 n& g- a3 [7 Q2 l. p
12. 。。。
    1 e2 |2 U$ h! X, t
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);
   9 }$ m" l& B. Q  ?
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   + n. O( S, L5 _8 B7 y; S+ a# E
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;
   6 h& S. ?/ {1 h% H# w
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   0 i0 m) I* V/ c
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + S/ Z" j% M3 V6 m9 a6 M8 @0 P
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # `2 J. K% p( G; j; o8 ~9 A4 k
14. ...
    
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;">
   4 y2 q. }' ~/ R5 F6 J+ w
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" \
   ( Z% h1 {6 h; p. R% b  Y$ x
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 W: H1 y3 ^8 O1 C+ M
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   9 a5 a; t0 G) t8 l9 x% 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" \
    / W. B/ V. Z: V! U+ t/ v# B1 }: h
12.             "\r\n" \
    $ V( `$ q/ f  @6 E9 a9 B$ H0 `
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! E0 G" P6 ^% N- {8 Q2 Z! @, M
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    / v4 X& K* |! a7 M* x, o
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" \
   - [/ c0 M# |, o7 R2 A9 R2 H1 b
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 c9 G- E; N/ P/ _. m8 r6 h
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 A7 H# n# j8 Y4 [
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! e2 r. s( ?2 o* l! Z* q+ T" W
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   , }6 U) O9 ^8 P' C( Z+ d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * {1 C+ m2 L3 ~; E7 T
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " Z/ b  W% P# R9 x9 d& N1 x
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：
3 Q* W2 a. ?0 E- Z/ g

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   . f  @7 C* A. j, B# t
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! m/ `7 w* K% A1 ~1 x& B' j5 `8 U
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   8 Z' Y$ j- r! I# r) H; M# U
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # g2 M- N* i& `5 u! D9 _5 \2 t
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    - T5 v% L1 j! W9 e4 A2 c
14. }

复制代码

  j& o7 S- ]2 R" ]$ e
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：
1 O- x/ I; o  l, }. H- i

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 Z" Y/ E6 I6 ~/ L% @3 b
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * k( U2 Y5 L' A. o% W
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   0 }: r0 `- m( G
10. else
    : x. z* l) Q# C, `8 g
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    , e  f% a, n: _
14. }
    
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)
    
18. {
    : `' V( X4 _8 N0 M% s! i
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    / x+ A) `) `- E
22. else
    % _3 `! S/ k7 x4 ^  ]
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    7 i4 V$ a6 ~' u% w
26. }

复制代码

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