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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5 B4 [+ [; }- Z1 }

! k7 R* \  M2 ]

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

, M7 r3 A- ]! R4 r; D

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。

4 t: U5 z' x7 w+ @

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 }5 L2 G! P( H  X/ l

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。

8 y; f; ^( D3 n& 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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % R3 R3 s! z+ [: e/ n. }! a' C
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - a4 v- M' g0 W2 p" ?+ Q9 t' p. w
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 W2 T( }! A' |" X# k) n9 E- G
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);
    . d( @6 D! X# m
13.             return -1;
    
14.         }
    ) G; x7 C6 @9 `/ I
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    5 L- F0 p- w! \/ b* n$ a: c
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 B. U3 m! C9 V* E; z3 j! c
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; ^7 O/ o4 `/ |/ r& N
27.     {
    9 p5 B+ ^8 _. K) Z2 i2 T
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    $ |  L( s# c2 C& ?  F; v6 I5 k5 m
30.     }
    
31.     return 0;
      r) y/ k  w9 T2 k/ U- N7 U) F
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)
   " G' _: j) O: F+ Y, @6 d( C
3. {
   7 g/ c2 K2 H2 R5 {! Z" L% j5 Q2 q
4. 。。。
   2 W  z/ f* J  [5 N5 g! p
5. while(1)
   / P9 b: ~0 g$ v$ ?
6. {
   ! i3 R# {) c% y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   1 {/ r7 m* a/ w. K! M* W  M
9.     。。。
   ( g+ g& A8 i7 d8 i. t' G
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      `& C; q. o& h" D2 }9 K
11. }
    
12. 。。。
    * _+ _2 |; G) F8 ]" S; j8 ]" ^2 w
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);
   ( @% ]! q( T/ }- ^' _7 Z
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   * k( Q2 B) l; J% ?$ w
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 x8 `$ E" U: u6 M
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * D1 E$ A/ L' g
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;
   . r9 z% P6 Y/ \# {, L% e
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);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * s2 u3 N7 R# ~2 Q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   7 ]7 A/ ], |" H$ `. u+ V! p
10. ...
    2 k8 G9 D( Y6 s; H
11.     while(1)
    1 |" t$ e! @- G, K0 h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    # z5 J* R: |+ n5 R: K+ H: ]
16. ...
    2 c4 Z: k% ]* m# S* @0 {6 p
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 T! }) f/ w* Q/ J& q+ l$ z- I- S
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" \
   $ E7 P1 h6 p8 v: O/ {2 u
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   8 t( v  Z; j! O1 {
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   % S6 S+ ~8 O# h( G" r- c, Q$ ]
7.     printf("preparing header\n");
   0 _0 V, U( d3 Q4 M
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     |9 g# ^# m; i3 ?
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 L- T" D: K. X% c: s
10.             STD_HEADER \
    $ {4 X7 p6 u, r2 M  ]
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) O: M2 H2 c& }2 O! c
12.             "\r\n" \
    / h' j: \. b! g" e6 y) |4 p" i
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! G  e% h& b  A
15.     {
      m  N1 ^: o4 r& C
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" \
   4 B  {  Z. ^& L0 ~
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   % v/ D2 V) g: ~# q
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . ?1 M6 V* Q- R% G- S+ ^
7.             break;
   # R9 K6 @1 B) \5 ?* y" s
8.         printf("sending frame\n");
   & P  H+ x  t. O  P
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 t$ k! y% J: m
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " R( J/ Z1 y( r% U" d
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：
1 ~9 c5 f" X7 d- Z5 w! t( @

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   9 a. [* R7 F+ C6 a- o- b5 `
2. {
   ' }. \; ^$ g. @( o
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / U  u1 N/ F& g2 |1 m: I+ V+ L
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / G4 N9 ^0 ~1 q- M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 m" k: t) y! O. s$ ^
13.     return 0;
    2 ~! c5 @( J% Y7 W9 p# L9 Z9 z: W
14. }

复制代码

4 B/ I) x; X, x5 I! s/ n" ^
+ P3 [0 T  S9 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：
; O6 T, t  q0 v6 N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) M* m/ D0 b3 ^- c: v4 S
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   7 T6 f) }7 e, x' y" r
6. {
   % W6 R+ b! z4 R) @3 O1 E; l. ~3 u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - ?7 F# ]. W. Q' [( ^$ V0 x
8. picture.fin = 0;
   , M: ~: K( k0 b, N2 V/ U
9. }
   2 g% g% e3 P9 y  [( o
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    $ A( V' {% C# s+ H$ w+ z: X
14. }
    7 t% H" X1 D) ^* j( G0 Q" j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; @) {* s) b: L! c5 K1 w) i9 C
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    4 N) X7 f$ C4 [$ d
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . u/ v5 I: W' c. D: g# `
20. return -1;
    
21. }
    : j0 q* H% D$ |  E6 Z+ z
22. else
    
23. {
    . t% S3 y* e( o% k  |* Z; j
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 a' M$ y' b, {9 ?  r8 M
25. }
    
26. }

复制代码

, \& {$ B$ Y9 c0 b6 d; [2 kiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html