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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6 n, G! u, r' {' h

) J* B7 u5 D% t  P

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
/ g# s+ F! c, i. i$ o

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。

  
  * g9 J$ G# m# b2 d* s3 e3 H

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

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)
   ! c; G5 }1 `6 R
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 A6 q* d) A4 j  M1 b6 c/ G
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   9 l- G- U5 {+ y* W3 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   : \1 ^! a) W; j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 r8 l& O" c. q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * ^% u% X9 b4 q! v) o
9.     int ret;
   4 r& ~6 p$ c9 ~& ]' w
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / B& k1 X9 N7 i6 \' a% S
13.             return -1;
    8 y! I: K6 K" t$ C; D3 J+ V
14.         }
    2 T; J' ^  n, c1 F) C/ c
15.     int on = 1;
    ! b7 W; ?  W; D
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ) c8 x2 n4 T" \. D
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ( W' l" Q( I0 s& c: Q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    4 P; B  r, d7 T& A
27.     {
    5 k. Q/ X& F' m: j. A' P
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' N: J+ h' e9 C6 z9 ^
29.             return -1;
      @$ q# |# M+ W& W7 Q& \+ m# n
30.     }
    & B7 b; f2 I/ J7 p9 x, s5 I4 d
31.     return 0;
    & Y# Y$ [" e6 g& g+ B( u2 E
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. 。。。
   
5. while(1)
   1 }" v3 U) m7 i! A4 F
6. {
   ) {9 r+ S' @0 L% R# W
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);
      c. S+ Q9 h& l! N% q9 @" t, i4 Q
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + o/ l7 K* X8 I
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . Z+ i' L9 i& P5 a
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     `' u$ q, y) O6 R4 |& |2 W9 J
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;
   $ N8 b- ?! {( K: E7 p( I: M" C/ H) U
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   * A, a. X2 b+ m$ [$ `. w1 T; R
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( D) t6 W  u( W5 M  N" X2 A
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 @1 t% o1 h0 `4 i
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 n8 a1 N# S+ v/ @" a: F
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    4 X. F) K* ]7 ?9 @( S5 V
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , ?, t) [& Z& ]& V3 z3 Y
14. ...
    
15.     }
    , Z5 V% y  j. z6 H, l  q  N% l
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;">
   5 o' |( H7 a# s( w* w2 D2 I
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" \
   ! \* }& \( R' M0 D1 x
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; L' i3 Q' t1 W7 v  ?/ d0 o  F+ Z8 U
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 \
    1 o( K5 q; i$ S+ }+ e' a" J: }2 J
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    , h/ @* Z; w  ~* m
16.         free(frame);
    ' s& g3 k  s" r0 H2 q
17.         return;
    / c$ `" K$ v4 p0 m
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * a* a# h8 Z, R0 {: w8 u+ P
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 U/ l, A. a- e/ J3 X9 d6 N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! s* |1 L5 V& A5 K. Y2 X
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    7 F- u% ?9 R) w* Z
11.         printf("sending boundary\n");
    ) ~/ B2 `. }, J5 Z7 N. s
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      A- J8 `, i+ f
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 k% b* L8 S5 i- I4 g2 ]- G
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。

9 [3 q+ m5 q& a! E  T5 m二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% k3 ]$ Y; J1 U! d) [6 |

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   + c% Z5 ^- I7 W/ \
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 q1 v" g' Z& C" r  S
4.     if(*socket_found == (~0))
   : i) c( P0 E9 i
5.     {
   . q+ c" x: x9 s& e0 v& C4 t4 v5 }0 N" h
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   0 z" K$ F7 U" m6 {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 v4 [9 y* d+ I' v6 P* r/ s
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / y0 T" x4 j7 V  f! Q
13.     return 0;
    
14. }

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9 C9 f( r" G4 z6 V5 U# u& M4 r
5 S; O4 C" d5 P7 m5 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：

1. while(fend > 0)
   / t) K! q) C3 R8 `9 g, I2 U
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) e3 \5 ^% M9 U) d/ t( D$ j
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! p6 B% ~9 Q1 T- J5 Y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   , A" y2 \: x  d* {
9. }
   
10. else
    
11. {
    # L' P. @( c2 \
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    / J0 x0 S( e" I3 ?; N9 }% \
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 H" U9 o* V* r: n/ }$ {% V
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 ?# D9 Y. _2 w( @( @8 S
20. return -1;
    7 r+ ^. y, w: }( Z
21. }
    0 o/ {, I7 B% L
22. else
    2 y  _4 A9 @' b3 \  k( x0 X, T5 p
23. {
    3 r& i* @( W& E/ [
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

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