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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$ W; O9 a- p- {1 |$ x4 l
9 c) B1 q; L6 @4 T* q. V/ n

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

% d  ?5 P- x( T3 }0 s

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。

  
  $ M0 _3 e8 w: ?- U  ]2 z. @

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。

0 L1 k0 b; _$ m! i( }9 h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)
   ; y- ^9 }8 D& e8 S1 b0 R
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( |  ~* K1 W4 C# S: e% F
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 j5 V2 o( n% K* a, v6 r2 h3 I8 C
9.     int ret;
   : w+ A" n+ [9 o" V/ M1 A8 I8 d
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 N  L, z' @6 K. F4 _1 L
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , t" ]; J# a' j
13.             return -1;
    % C5 i: o9 z) L6 ^3 O% x# S% Q. ^
14.         }
    % o# T& j, ]4 m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . O, t! g5 D' Y+ D& b9 E4 {
17.     {
    ! A0 w* U0 d" k" a7 ~, Y4 [) E! e, H
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    % T" v# a' Z6 |5 Z2 o) Q" I
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    4 O* _4 p. G5 s! ]- A
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ; a  A( u2 J% l: L
28.             printf("Listen failed!\n");
    # r4 a( o+ R/ F3 h! C& Q
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    2 l3 Y. @2 A: |" F" v
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. {
   7 @5 m9 I# T/ B& @/ d# ?3 q
4. 。。。
   + G/ [' F) l" S' N
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 e+ B$ Y" `3 A5 A" ]
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 ^. N$ P# ]% j: l
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * `6 s" s( s2 E# p- s) z2 t
11. }
    . ~9 e) h! `4 @$ ]# X& {
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);
   % a9 c$ |" \5 I9 v
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   " J4 y: A: l6 u
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 O; w' \* ?7 o8 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;
   ) R1 d0 |  ]. @% M. ]- P7 h9 l
2. pthread_cond_t pct;
   3 b' R& Y" \0 V8 |
3. int main(int argc, char* argv[])
   " Y7 A$ g$ A- G8 A& T: A
4. {
   0 ]" @4 S$ M& F  k8 {8 a1 o" p8 J/ k
5. ...
   ( P) w" F/ E! L+ A" n
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 @# `0 D& D9 M# ]8 C
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   1 T/ M/ |( L0 {
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);
   3 J' e8 ]- f( [2 X8 @/ f" s
10. ...
    ) O4 R; _) }+ r+ s6 h
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      n& L3 Z2 a$ p
14. ...
    1 W' k+ k* {; @
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;">
   
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"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
      x1 o/ A( Y8 Y: f3 K0 `
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / F. `' j0 E: p9 }. q- E
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" \
   9 ?4 d3 b  f  P
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");
   ' r! [8 C6 X( w/ {' F$ C/ T
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   + Z" ^7 [& Y$ |- Q
8.         printf("sending frame\n");
   . @. S" t8 _$ l  c
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ( e3 P+ z! j3 S
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    : h# \- j' l, {2 R: Y
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。

: B: O' f" |+ W6 U! b# U

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
6 H9 n8 y0 }" K3 V& w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   3 f2 |2 ]" J. U! y6 D
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ; P% |, j! P/ h/ k' C* ^. D* ~
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   " {) T0 \8 h& H9 S/ h
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);
    % [; X! R* _3 N- T
13.     return 0;
    
14. }

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" ?9 f9 a( t1 P* `# T
+ J$ I9 e" m/ |$ t. o% @5 a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：
  H4 g" \( f4 l1 x
" M8 _2 u0 @% `- c" q( j; h2 Y
  B5 A% W+ e  V/ k. L5 R; N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   6 r+ S% X+ \: y* _8 m
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   0 R. e$ Q4 K2 Y+ `, P7 t/ q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    8 e7 X4 W* u' e; h6 B5 ?
13. picture.fin = 1;
    8 f4 {" K0 B  u4 F4 h
14. }
    : o+ F$ O. ?& F
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)
    % Q/ I$ V) j7 V6 G4 y, j& r( S4 R
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ! b$ U2 a* ~5 m% Z7 p# Q
20. return -1;
    8 g( d4 u# ~* D' O
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    5 b0 R. a' p1 M/ y! k$ R7 `' t
26. }

复制代码

6 F& Q4 X8 q' a3 |

# m* {# P+ O" O* f' Y& xiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html