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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0 Y! {8 G. E3 H, }9 `9 e6 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
. R: C; R" a6 W% u
( h6 N% t+ u( q% ^

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。

) v+ A& h$ V8 r# z' {

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。

一、HTTP网页服务器
0 y  _2 q" V  y7 b

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)
   * f* m& ?3 N: G3 e- j
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; m- `; S6 |5 a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
     U, Z) i, b! G# y4 r6 U
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 V% {; [3 r/ V" O! g8 c2 q
9.     int ret;
   % D1 s# \/ t& l* F( f7 S- |
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    3 y+ F! B' S6 D7 p
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    : g& |+ S* G. R9 t0 u* q
15.     int on = 1;
    # {0 B  }4 v. P1 ]; _
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);
    2 m. n$ S4 B$ i# c4 N0 m1 j( W
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    9 f: |2 r& F; [) [. Q! l
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ) ~- P+ B0 W1 c7 d
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. {
   3 t4 Y# G+ i) o, q7 l* [2 F
4. 。。。
   3 l8 A/ O5 \8 K3 f
5. while(1)
   
6. {
   , R( T' }7 ]2 `  u2 [2 C5 I2 u: r; O
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   6 O2 z  v* G8 T  ]! j" g9 w
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    , k/ X4 u8 c3 Q! f  _: J% q8 b
12. 。。。
    ! t, i! `  e( U
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);
   : G* O; w7 I5 ?; S7 @7 Z7 _$ y9 V
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 f* w3 h# r$ F3 O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + E/ b" u' p3 }5 Y
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) S5 q: A: R  _5 d$ g
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 c: ?8 ]; D3 s; W6 Z& J. I. E5 }
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   8 X9 ^6 d5 s. M3 T/ U
4. {
   2 W0 G  F1 c& ~9 M; W/ _8 F
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - o, w6 _$ w' n6 K! L8 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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    1 \" [' S* O4 W7 H5 ]# m) {
12.     {
    - S2 K- U9 |0 |4 Y# w* ?
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    # T5 a6 L# c6 E# J- w/ X
15.     }
    
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;">
   
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" \
   , t' b% p+ |! H$ ]" F( M
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   . l$ ]! E/ {, m, [
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' C" r) k4 {% l$ f
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * L: |% B1 p6 M# k
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * d9 N) I9 L7 N6 G, ~8 C. J0 i7 T
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - T* t. v; o% o. o
10.             STD_HEADER \
      ?  s  c# J  ~& b) J8 o: ]2 }
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( R# j% x$ f) K) G+ y4 o: j
12.             "\r\n" \
    ) s' z* J4 R! r# b' a$ d
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 _) x* N' b) h* z6 `! v' M
15.     {
    
16.         free(frame);
    * N/ B! H0 ~$ d) P* Q/ [
17.         return;
    4 m$ j% x& Y7 [6 f2 `
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" \
   " U" i: m! p/ F4 V" i% R/ D
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   % }2 Q0 Z) V4 r1 z4 a
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . W. L1 b7 o) z- [& L. u
7.             break;
   " \* d) U" n8 s7 c
8.         printf("sending frame\n");
   0 W! Z! n6 a8 q
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 w# L8 d+ R  i; g- a
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    1 z4 q) g9 R: X! w$ C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    6 A' I8 O6 R" o! w) U3 ~  i
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . X5 G/ T8 N1 g' u
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。

; y! [# x- h5 k# \5 \$ f! X$ g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)
   # s: I) N5 |# C& ~& }* N  H
2. {
   9 a$ z7 \' m7 g  t: v0 M0 I
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     X: {+ j& }8 j- I
4.     if(*socket_found == (~0))
   " `% F, ^; J) N
5.     {
   ; X. d& {! p' @5 j9 ^4 N9 [
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + Q; s. E. m' U; p$ [: H5 ^- t' h
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 [/ a, c5 _% z# P* c: z: E
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    : \) m8 F. n0 D5 T* N& a
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

- Q9 t' i/ `) x
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：

7 {- b" g& O3 q( k
7 K  J, h. N3 F  c1 x# w% v( E

1. while(fend > 0)
   
2. {
   . V' ]# J2 H- A8 i
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & g2 W7 z6 @, i. G8 V) v; D' ?: o+ s
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 j% s; J2 b" W. p7 T1 y
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    9 G9 A- e4 T4 X: s/ ]
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    . g9 j  u1 V7 B$ Z7 H
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    8 o% d$ m# H6 W/ G) g7 [$ q  n
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) ~& ?2 v0 R& U: v% U1 J
20. return -1;
    : }0 E4 v1 c; @
21. }
    " ^* S; ]5 Z' R( l6 O
22. else
    
23. {
    # |& y5 \& _& d% o8 x& l0 i# D/ T) ~
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 t2 f9 x+ s7 ^* b5 O
25. }
    
26. }

复制代码

+ R5 R6 c8 k% D; _# b% X

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