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 A0 Z0 c6 p) b' _$ l9 ~
. V3 e2 d8 `: }" d/ B1 t$ G

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

* Z2 `0 A8 `9 L  X1 R

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。

& O3 {' ~0 ~+ q% A1 T- f

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。

. ?9 m) ?$ n  L1 y7 h一、HTTP网页服务器
& z' ^+ j5 G* a3 k: {

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)
   $ s. n' D9 {% H& q( L1 Y
2. {
   * X) v5 a! e/ `; n0 [, M
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # |7 l8 j' r: J7 ~' [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 `% p# J+ \% ~  ^
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 [4 q" |& A& C8 j" r
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   / J5 D  q* ^+ r0 a; O5 h
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      y" @' F4 D' v/ p4 A, u7 y
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ) c5 g: a) u& u
15.     int on = 1;
    % r0 }, k# a6 O* g9 }# y+ a
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 g# ]6 e/ F& n6 n% }6 `! i  U1 j
17.     {
    % c1 _* u* `/ f7 h: H* N
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 V; ^2 Y- C4 b+ i% P) w
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    * D. _. I0 v5 `# w5 E. i
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . m$ E% ^+ s5 |4 H) t2 Z. R* @
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    1 q5 n% o0 d& P" u1 w4 Y% x
30.     }
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ) e% i0 N" D& `0 m% v( b; |
3. {
   - k' i0 M: [5 q
4. 。。。
   
5. while(1)
   , I2 Z, q% `: B1 P+ U0 A
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 B# r) Z$ p  a7 {$ S* k
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   2 B0 d5 c6 T! V: w  q. k8 ~
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 w) ~* {) u' A% K0 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);
     H# q" J( s$ }7 I# Z$ B% T. b8 y/ B
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 Z8 e! V) O- N- s4 L
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 ?7 |4 ~" s6 b
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   . |" E# R: ?) m  B9 ?8 Y
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;
   ) y. Y$ f  w) c# T; i" Y
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   6 x8 ^1 P/ Z& J" _1 ?
4. {
   7 E4 _& Q+ Z! Y& |4 V6 W
5. ...
   3 e/ z8 i9 c1 P
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    % F. s1 z& r- S3 k* \$ M
11.     while(1)
    $ Y' W, Z3 r! A& T; n/ C
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    2 W; T' ^* }- ^% r
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;">
   $ E' F& V. M" I" B
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" \
     M  y; l, Z0 Q- V, \' ?
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" \
   ! T- v: z" [& K, d
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! Q- V& D  {" i  d6 K( P& h
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 {4 _* A9 ~$ j
15.     {
    
16.         free(frame);
    - [: ~% p. v% R% m
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" \
   & P3 H! c6 n# F, `2 t5 H
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 d; u( O: e+ Y0 Z4 p4 N6 M4 f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ' J$ D: R# d, B3 I
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 J* [% L: u( V9 M7 l  ], X
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / w$ [" h# y0 [1 a# f
7.             break;
   $ H# j' ~7 n& S- R( i8 Q1 G% Y
8.         printf("sending frame\n");
   & q$ s0 V# H9 l
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    0 P/ [- s% ]6 U' ]2 ~7 X) }+ F0 G
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 H7 d6 y$ _! E# u6 K+ \" W6 R
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>

复制代码

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。

- j5 [4 L% R9 ^

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   # Z/ B5 U1 ~# L/ h( K
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   8 U2 {1 c# R" j7 J6 n5 u, G
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   " ?' D7 q+ y9 I/ X# |
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( U' |. H: c  b) W
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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$ Y( \5 S3 y. v) T) ?
' i& X/ v9 \* y% Z7 U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：
# J6 ?# @5 `# G7 L1 A

1. while(fend > 0)
   
2. {
     \5 a! E4 z5 H5 [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + T* r8 @, J" K+ ]( D8 r; \0 G
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   * |; H8 ^% i" x+ J  G- W/ \1 ~
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   , p/ A5 P4 Q1 s0 H
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ; j$ c; P8 }% h3 |) i" j) U2 u
13. picture.fin = 1;
    1 J9 Q) ~) C! C" ?
14. }
    # f6 L6 Q2 |+ k. z1 h# i5 a# W+ w
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)
    + k, h! m7 a) Y, Z) a+ N
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    . d7 X& D' J! P( S6 c/ P
25. }
    # D8 F- n! ^" Y3 M* n/ `% |
26. }

复制代码

3 i' M$ |# M4 x* o

( \& a2 y* S2 v
# c$ M0 u% G1 F4 L( f. ~iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html