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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/ R6 Z4 T" |' R2 Q4 f! ^2 L) a, s- b

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
& i  Y4 M0 w, I" z
/ F& n4 H' [+ \* I/ J! z" s0 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。

+ u, a& f2 v. i! J3 C6 u+ 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 M9 J, ^2 t4 P- _; @5 ]4 a

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)
   7 T4 j. w4 b8 i# @  p+ g
2. {
   2 v$ t) V& m) e3 m8 G
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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);
   
9.     int ret;
   1 u( _# I: c" a- R9 H/ b, ]( f: T
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 B) `" }4 o9 S. e% k: j0 h
13.             return -1;
    ! L% y0 L, Y7 `1 |2 J+ `9 w6 x
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    3 v3 P2 H: P8 w3 h; k2 F
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 z# h* W, X6 Q- m- i
19.     }
    6 J7 I. y! b; o3 C
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / y( K* d* n/ S, [( M6 ]. l# I
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & j  G' P" a1 }6 l  N6 _* D7 A
24.             return -1;
    
25.     }
    0 g' S) Y2 h& v& ~  r3 Y& L+ ^; j
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    1 R' t& `" }; D4 Y
30.     }
    " {7 C( m7 m6 f% @0 ~
31.     return 0;
    * k7 ]3 _8 I) D. W: l9 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);
   - o9 b5 b7 R/ G4 ?- y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   3 k5 r7 \$ R7 d2 z" _2 q' X
3. {
   3 }7 n; n2 M/ t  M$ D" v. u
4. 。。。
   / Z0 d8 N7 Z7 N# G- U
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   : v9 Y, q7 D) T3 E* s
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    % q  O. j7 J* i5 p( h
12. 。。。
    : j' w9 _) S5 {4 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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   * W$ Y" E6 D. H, w' i  D9 z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 C6 Y% ?1 M' f  |: S5 ]) z
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   4 T5 G" W% B/ L! {
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;
   , i& |' M* z0 t' a/ {* s5 L+ G2 p
2. pthread_cond_t pct;
   4 a& e9 h# [8 ~0 d- O* s$ \  S
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ' f+ j: m9 d7 Y/ P
5. ...
   ' g3 f5 e1 {" `0 \+ A5 @
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);
   / z0 ~$ T1 e  l
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    1 D4 B% f3 @; N& \7 R% f5 D
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 H% X- D' _6 v9 V. [9 A5 E# ~
14. ...
    
15.     }
    : Q* x5 H! E! l2 m9 N8 [
16. ...
    , ~1 {& H, i0 t
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
     k: [6 I8 m: y1 }0 t) M8 a1 @% a
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" \
   3 _, ?/ f, E* C$ V& t: L9 S
10.             STD_HEADER \
    + |2 h+ F- i( L" ~" i
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.     {
      ~3 _* W3 H! W- A2 m
16.         free(frame);
    
17.         return;
    $ i& A: z  m( I5 H
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" \
   : k5 j* I6 ^1 X3 x: l4 ^; t: N% ]
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   : r" J8 ?: G8 r! E
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   7 m: m: }. h. `* ~! z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 n3 ?) p5 O4 i& d) [
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   $ ~; `: H4 c" R7 x6 p9 O0 r
7.             break;
   " [) T7 h, y; C& A
8.         printf("sending frame\n");
   ' B( T+ q. [* W) p/ p
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ; z/ u2 |3 H& A$ q' f+ c$ c; t8 a
11.         printf("sending boundary\n");
    ( b- W! `% u1 V& n0 ]
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & O0 w5 |: W' P  h
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。

6 _0 q3 a& g+ G6 L  c二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
& O2 [2 c1 V7 @

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . [3 [9 z, m0 v$ {
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' X; J; D. C" Z, j
5.     {
   3 e3 ^6 @9 K8 D+ ]
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   5 _6 y; C# o+ w+ O5 G
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + V& r" @, E" w, @
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    - P1 J. C& c3 D9 i- R$ q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    2 V8 s/ V2 T) ]2 I* b# x# _
14. }

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% U/ b( @3 v. ^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：

8 a4 \: t: N. G7 Y# [5 P
8 J9 u4 B5 k7 D- L

1. while(fend > 0)
   
2. {
   7 r0 U* \# [; g; A) j
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " d1 B& f( ~& R9 h
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     L3 g8 Q* Z2 c% G
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 J7 \! z, |9 ?% \
6. {
   6 s" t7 \7 \0 V4 U; B2 d% J
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ; {* Y! {/ a; r  ^$ g  M
11. {
    
12. picture.length = fend;
    3 g1 g) ]# X) }9 s% L3 C( x0 ?) g8 K
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 g7 _) j8 M& @, c( m
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    4 H/ y/ T+ Y- @* j
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    4 V. B* A! V0 |5 p% l
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 O2 F5 s6 C$ Q9 ?' c
25. }
    
26. }

复制代码

( ?! c$ k$ Z0 T- W  v1 o

; o2 a: {! S$ d$ U( L
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html