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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& n) }& |( H" e& D% T4 e

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) J: o3 _  X0 D
' C3 Q" R3 h" e' A

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。

8 S$ N) C- {6 {- \, F( C

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。

  
  

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。

* l6 R( @1 w& ?) o( o一、HTTP网页服务器
1 R  o2 f- V, ~

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)
   ) g8 w% A8 T0 W7 ~
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 w- K8 a6 Z4 }3 ~- P! G: A* W" R* D* `
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % [) I: K/ `4 Q+ x
9.     int ret;
   * Q$ P- V* [: T8 q; r% s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    2 e* O3 l: ]$ u9 R) M8 Y9 i; L
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    " q7 _: K+ \) [- z
14.         }
    3 x- y1 r% j5 T0 q
15.     int on = 1;
    $ H; y( k- R4 H* w
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ; f  C8 G' M8 c. `6 g, A) {0 e0 v  N; d- f
17.     {
    2 ~( b  b8 l0 ^2 u$ L% z0 p: @
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    : D) R5 t1 l6 Q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " t! l: h; E: O8 b5 A: b
21.     if(ret == -1)
    8 j4 j' k$ y# Z* F' N: |
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) R5 V; {2 Y, Q. y& {' u. h
24.             return -1;
    ! E: v/ J( T/ l0 ^- s( ^6 x9 z# C
25.     }
    ( }. K5 B! s: x
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - \- b7 ^$ V& x. Z; Q3 H5 X
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    0 B( u, E$ q& r0 m
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)
   ) R# ^) c3 M" `, i( ?: g8 i
3. {
   
4. 。。。
   % A! M' [  K& j' ^9 l
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.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   : }/ ~3 R% t7 x4 N4 L" l7 O
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ! K7 l; p$ \- l/ X" z% o, c1 `6 u0 K. d
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   " X5 _' L" F/ Q  a5 {) r" q- `. z
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 n- W1 A. t1 i* j
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    
11.     while(1)
    ' e8 N; ~/ B* `+ M" x4 [, e. A
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; A( _# ^; h) P2 f, ~: Y" j# {
14. ...
    - E: c$ Z+ Y- ^4 n
15.     }
    * X$ }# U7 R2 O, j: N7 i/ R
16. ...
    ( P2 d9 D) T3 _2 O
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;">
   $ U9 Q5 x9 ?, Y' p0 ~; U) Y
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" \
   4 ^1 D5 e7 i0 p7 L7 C
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" \
   9 v8 y" B- Z, q# p1 K
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" \
   7 S+ T( S1 @2 q1 u
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " q, G- [; P6 t7 d, m1 m1 j
12.             "\r\n" \
    
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" \
   . }, N- r5 r+ @/ B& M, r' P
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( w) t; [3 \3 R/ O# [8 A
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");
   " z, o9 N2 R/ Q! g& L
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   " `# u) u' F( @  n
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " H, B0 m' _. @" @; r
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 N2 q; g4 u0 {+ \
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - Q% X( s# p* }% |; A+ y- O1 v
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：
7 ~$ B4 V8 x) T. F* d1 K9 |

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   5 V+ |% j4 q8 X0 j# m3 m  S
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 n% V! b, n. H" ?$ [" g/ d* M( s
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 N' U1 t7 K. d0 R( N& w2 Q
5.     {
   - n6 T" a$ }# j8 B/ X
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 L5 K  ^+ }  [) B; K
7.         return -1;
   2 Z- E8 l7 h- d% S
8.     }
   6 o: u8 j. p) P6 S7 B0 E8 S
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + L4 g; T1 p8 F0 m4 w4 a, _  `+ |
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 K8 b# l( N/ ~. g  c/ m3 p
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 v3 a) O5 ]4 g( e! H  O( A
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    - r0 k9 O% A' i( X6 K, A
14. }

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5 `, j$ U, g- V7 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：
+ f9 C- {# e+ Z5 m5 y9 ^. ]
4 W* a# C; A7 @6 v

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 _+ Q  b: t6 ^" S. h0 n
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # w- \' r, b0 k# ]
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 T! h, w) R* i
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   8 G3 x0 Q6 R' `: Y) a
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   $ h$ S; }; U- V* I2 `- f: B
9. }
   
10. else
    5 I9 u+ z8 q( W( S, w
11. {
    * L5 J+ \( b; E1 Y! X
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ( [5 a( L, S8 O. H4 b! C
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) W5 ^! y' l3 ]0 m' s6 N  }
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    8 u( K5 v- g- r9 n1 z
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ e: w1 u+ k+ Z: e, b, h- }
20. return -1;
    
21. }
    # k/ n& U9 _7 I2 O; N
22. else
    
23. {
    ' a# ^; U+ k5 w9 t4 Z! h/ L% G
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 X# R2 {9 M3 C7 I' M3 z0 Y
26. }

复制代码

7 Z0 Q! C* p! j. J. W

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