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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; @4 ?& I- D1 M

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
9 j3 h  m# _  m7 \
: j3 {. K! Y" _( ?- T

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。

: Z+ z  Y5 v$ a8 O5 z6 {- A

7 w6 t; c9 o4 N/ V

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。

  
    _, e; A# @+ ^0 I

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。

! s# z2 X+ ~, n0 d& 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)
   * x3 d8 B* I- ]: v# e+ \
2. {
   ; s" z, f& y5 ?/ a7 T6 }
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 R5 l$ H% d" k) i% c
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; R! G. ~4 Q4 O, t) e/ s
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   " Z+ U" ~4 C9 M- ?
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : P0 X  t- Z% r* Z" \
9.     int ret;
   . e- X5 X( v9 s( i
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 J& o7 |0 P9 ~) P! l
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    5 A1 ]0 Y, ]4 q& h* F
13.             return -1;
    ) V! {5 ~! z  H* t7 H7 e9 I9 a
14.         }
    
15.     int on = 1;
    2 ~$ F* ]! f' q* B
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    # S1 Q; f' c/ y8 ?) [" V9 [
18.         printf("setsockopt error\n");
    / m% s( ]# q( @
19.     }
    " |  @$ R! @* c3 c" _  @- f- ?
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    : \! }* W% ^. g) u% ]  Y, C
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    " M: N: p  `3 Q# l
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & s' A- k7 l0 a( }
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      K7 k' C9 ~  H0 {0 K
27.     {
    . q" t8 g7 J7 D8 M# g% e
28.             printf("Listen failed!\n");
      j: \- H7 v# C  `( s) Z
29.             return -1;
    
30.     }
    - F: p. T! B  ]
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);
   * ?* b- ^: U0 N; u7 J: p
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . N8 b$ i! q6 n0 o  O# h$ d
3. {
   ! ^" h! s7 U: t- ~$ {, z* o! }1 S; r
4. 。。。
   
5. while(1)
   1 P) s" Y# F0 _2 V2 @
6. {
   ( \& k1 a( `! K4 D  p/ A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - `, \9 Q5 }/ }3 l0 ?) a$ ^3 M# Z0 x; ~
9.     。。。
   4 x1 i$ k4 K# ^7 F8 _  F/ ?
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    - R3 y1 G! G+ C
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);
   / \) U7 v2 Y3 c) e4 f
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 X- d" v# ^1 e& e
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   4 J( Y; e  }" B: A' |
2. pthread_cond_t pct;
   / \+ C/ Q4 ]- h: A2 c
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 X/ q5 \# Z; O) _
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; l; k; x* g0 H5 d
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * a  B6 k+ ?, d
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);
   9 i+ Z9 T9 k2 p  E: o
10. ...
    " J/ W4 w2 ^: u: U6 h# k# [# @
11.     while(1)
    
12.     {
    ! |8 e, y9 L6 o* ~* O' Q3 G2 b) y) p
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    . U# P; J# y! V
15.     }
    & L) e, w. M' P
16. ...
    " o4 ?7 p- F5 s
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;">
   / u. l/ N( h% `2 s2 D
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   0 ^) i; V* c# f0 Y# _
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 ^, I$ Y3 n7 K' e6 X- b1 H
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" \
   , r7 l" u6 c9 Q) F$ V
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   , B2 K$ ^; h* C' Y: n  t! \- `
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 F: c- \  }* P# I, f. S# f; a/ O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : U! u  Y' b: }3 q/ Q( s2 [
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . s4 ?2 }- z4 }. n( G4 p
12.             "\r\n" \
    " c3 j" S! a3 {7 V
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) ~2 {# T5 Q, X& B! \
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    % J  ?, a* Y! L; X3 B3 k" e+ I. V
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" \
   6 e4 N/ m$ D& f+ P: }# w) P, t" J+ ~9 A
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 R, H7 R) a, A+ S% v2 y, ~, Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , |$ f3 y% H# O1 q; t
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ) N1 f5 A, z  o
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    5 @  `8 N- g( \
11.         printf("sending boundary\n");
    . X; r# [+ t' L
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! {0 ?: e$ B- P# V4 H1 g$ V
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：
' X) u  I6 e" O( L

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   0 E3 ]1 `: D) {- k/ J- a
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   1 S  h3 T$ p' O2 M1 r
5.     {
   ! Z+ v6 D4 n; O! W/ s5 S6 k
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - u* G  }3 x* s- H% G8 S
7.         return -1;
   
8.     }
   ; j! J6 X9 d% g0 U9 |# ]% T$ S
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + c  X# w- V8 U8 j' k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - E' C" Z  m1 {2 C- p" l! i
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 J: |! {- h2 T" ?5 b  o/ z3 Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ; K# ^& l# J+ c
13.     return 0;
    " i; U  e9 f- \4 B' C
14. }

复制代码

* [$ V$ h8 h' {$ z3 e! r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：
, B: A7 Z2 M& P3 Y9 E
1 N! Y( }+ u9 h9 H. }* O' ^

1. while(fend > 0)
   : W9 |5 G$ \  m6 m
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : [& h5 f- z! [6 J' G' R9 ?$ A7 }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   3 h" J! q( j' n! n
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   , e) p4 w1 f; n) [  m2 R& E" c
9. }
   
10. else
    " V2 c% `9 d* A4 v$ z
11. {
    % t; v/ b: G! Z, ~
12. picture.length = fend;
    " [! J' \. [/ d8 o6 b/ [! |, o+ j
13. picture.fin = 1;
    
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. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / f# P, t3 \" V* M( B
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    & f9 e0 |" z1 j' @' s! B$ H
23. {
    4 {. y( n) L% W' r' ^$ q
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' J# w, q" @0 j8 G( G+ R; D
25. }
    
26. }

复制代码

/ o* ^) ^' I1 f0 H7 ]! k
! Z8 l* I2 b, y6 M( x% s9 ~9 o8 i

2 _0 t) e6 m  p3 ^1 E: H! Y
, A1 e6 D0 F  g% u( OiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html