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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$ Y/ P6 F1 M: w2 ^4 D  X5 d
: E7 q7 V+ U* h  x

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

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。

/ Q* l0 T" T* \$ I! O

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。

! i( \# S- g$ x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)
   / v" f! T0 H0 K4 Q
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & k/ ]- c6 @  ~( F" v, o+ R# s
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 j! E" A5 e. b5 I* z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   4 }( y6 e/ ~5 p$ g. e& B
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & @- Q* G+ r+ }" A! g
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 H+ M% x0 P4 O0 v9 ^6 L' O4 k
9.     int ret;
   6 G9 I  M& B/ Q  U2 P5 m: u, u5 w
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , S: R. q; k4 ~% H
11.         {
    ( E0 h1 @6 U) T8 D# c
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! H" V5 }- ]5 r; v% N9 ?6 }
13.             return -1;
    
14.         }
    - |& C2 D( c$ i0 X' E4 {2 u' T
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    3 J' m) z, L% d* z8 Z7 e0 T
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    1 G- Z3 D2 b7 z  c
22.     {
      L5 w0 R6 l1 K' t/ C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    , ?8 A) K" I: |8 o
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + b, g1 J. [' e. z/ a
27.     {
    * Z" M  Y( E0 V- D2 o2 q9 _" Z
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    % ~" j' Q: t0 o
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);
   ( S( m! ?  i: U) c7 k7 H6 F6 [6 \. M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   : _) z4 f3 \! Q, I
4. 。。。
   0 L7 k# E5 i- ?# w' p
5. while(1)
   . o1 A( x# |! `9 C" i2 L+ B4 v
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ! K- a! k( q  Y+ d( D: f
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    * [( u3 h. W: H1 Q5 C( B
12. 。。。
    * `! X" Y- E% W$ ^  S/ z2 v% Z
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;
   " x" r) A$ d# E( g) ?8 a
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - P0 Z% ~6 o" _- |& P
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # g5 a/ K. X# Q- Z8 Q" w. {
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;
   5 J  |0 [! h2 u
3. int main(int argc, char* argv[])
   3 a* k% K2 [8 r9 K
4. {
   1 q9 o9 m3 b6 A. P7 u0 b
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % ~/ d5 s. u* h0 y! n  }# N
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   $ p0 B/ @, e7 b) o/ {8 N* J
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   $ D$ @1 L4 \* M; _* W
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   $ T: M3 a0 N$ r; Y
10. ...
    8 \, S0 F! J7 o) n( N5 C6 x! T
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . X7 _2 B) z% i6 B" K
14. ...
    
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" \
   ( y0 y$ T' j; T7 j3 k
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   $ i( L& E  v, J& c1 J
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
     t$ [7 X! s. e3 X( O' v
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' c3 w  @6 e' k
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ( E) J+ _- R$ l6 q5 u
7.     printf("preparing header\n");
   9 H# v  M/ R* M! n2 Q2 L
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - o4 f5 h0 {, E9 U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    4 k# m+ P6 }: B
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    * u' j" H; ]# b$ I" h. V: C; I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 e/ x1 C% ?9 i' `0 r' P8 _: e
16.         free(frame);
    " M3 _$ s9 q/ v2 Y* Y! w
17.         return;
    4 ?1 v; j  _9 c* L) A. l% d
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" \
   - j) E7 \8 D) h4 ~
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 z6 `6 _9 Q' d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( O' `6 c2 ^( D' Y6 C! y8 C
10.             break;
    ' X) y: m+ k, O( Z* y' s
11.         printf("sending boundary\n");
    9 t- v$ I0 o. T  t0 e4 C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    " e& r2 z3 V1 {0 r. j
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & A; z3 i2 a( I- P8 y
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。

* |: q! p- V0 r; D% j0 X二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' U. }6 N3 G4 X' k2 b

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   % _* w: D* u9 I3 n4 V6 N
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 r7 X  y4 B* ?& F
4.     if(*socket_found == (~0))
   1 y7 R- Q2 R5 D
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    0 p2 Z6 w; W8 v$ o8 x
13.     return 0;
    ( w" [4 |: @  _9 `+ v1 R
14. }

复制代码

. t6 a" T+ Z: r% W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：

* U% `/ \+ O# I6 M6 i0 q
0 c/ @7 x8 k: L# g7 M9 n6 D+ ?

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ; U' E5 }. \+ s2 [8 b
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . ]. I9 o. ]* z% W, H& s
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     R  U3 g- {5 n$ G
6. {
   5 A9 Z7 P' r, e5 @0 [
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    7 N; d1 d1 T0 w) O0 @
11. {
    # A' D/ c% V5 D* U+ P
12. picture.length = fend;
    , R+ Y0 N) {* D- }) _: v
13. picture.fin = 1;
    8 F7 P" y* D' W( y+ M
14. }
    1 J( J- l: z% z, A0 j7 F
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)
    4 C. c4 y8 \3 q% Z
18. {
    2 m9 k. e- [9 E, m/ n/ b. f. H2 z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 u6 Q- R; k# t$ J& C& S
20. return -1;
    
21. }
    * L4 l8 Z, ^9 \4 p+ {
22. else
    2 F) h/ a- {# s& R+ d+ v
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & f, K( r7 f: X; R/ m
25. }
    ; r8 D* g6 s* r
26. }

复制代码

6 c$ B) K$ ]% G2 W7 @3 h

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