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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+ w* F# U! N( {- j/ g

/ L7 X1 U5 `* Q8 f. }1 \  d4 T

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
. P8 k* u- @. f4 A

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。

  
  

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
3 D' \( h$ E: U2 |0 m

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  w% k' z  Q: G/ R( u1 G
2. {
   $ r( _4 Q5 G* _0 u
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * N. K% B* @  x7 o% Z; b- D
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   * z  g8 p8 f% D7 L5 |5 h2 l$ R6 \3 y
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;
   $ e# l5 s9 B" e8 n4 M6 \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( n$ J" m0 ^: S* y
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : O8 d' q) d0 w9 b
13.             return -1;
    " c7 m* s" z* S5 R7 H5 S! g1 G( Z
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    4 E# p$ C+ Z" l$ ^5 S/ v
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    " q4 Y: u  j; U- M. \; R$ w. k
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) k" F1 O6 g, X2 X
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * |# e1 p3 c, y$ K6 J% |
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    1 }! \8 @& M  m% r" 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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   # [& ~+ F0 B5 O' d- w9 H" B3 B
3. {
   . M9 l( H) C3 m
4. 。。。
   
5. while(1)
   * Q! k; r  D5 k% A! P2 d
6. {
   ( }- L2 x8 ~! Y) m9 }$ r6 H* Y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   , @: N# }$ l: M* C
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     @4 @9 ^4 `6 P" A7 {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    0 {; ^3 R; [0 T5 C0 ]
11. }
    ( |6 P4 a4 y7 ?; K8 r, b' H3 E5 b% Q
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);
   % h4 \1 K. i; o* P; U* F
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % Y$ z5 q! X: \3 h! L
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   / q" K7 `2 G5 @9 X* Y# m+ k
2. pthread_cond_t pct;
   # u# `% I4 e. q! ]7 M2 I% a
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   , U( V8 x' H  R3 x) F: Q! [
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   : H( o! I* u1 ~7 D* f; h
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);
   3 T' V! D: C/ P8 }( R3 [
10. ...
    
11.     while(1)
    $ f9 L! y( H7 `8 X: t9 U
12.     {
    - A+ s5 P  s/ c% K$ t1 R4 Y; D
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    7 d( B/ E) O% D0 y
15.     }
    - o& n- }+ X6 W  J! R
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;">
   4 x& o0 v. g4 L( J! j. X0 p7 ~
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" \
   & x# B; O  _# A3 L, S
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ) P" G0 ~& U& Y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; J# v7 k$ y& A; g. O
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 \
      m2 U8 K) Q5 |# U, h( _4 q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / m. y) R% K) B+ o% N' @
12.             "\r\n" \
    * V$ K6 g- \0 f
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    6 H4 {$ j+ z( j3 ?
16.         free(frame);
    
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ; o- W0 K8 ~3 T* ~) u
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   , w3 m( v% o: X( v: q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . S/ X1 N3 x* R% ]  W8 h
7.             break;
   6 S% Z* r$ W6 ^7 k
8.         printf("sending frame\n");
   $ v1 [7 H! h7 S1 K
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , [% y7 J: B( y+ J6 h* C: }6 V5 |
10.             break;
    ( X$ e( e* k: z
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' S( L2 U0 ~/ t" H& k
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。

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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 N/ ^$ v. H# b, Y
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   3 i) O* p3 o/ s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " D+ c* D2 u, q) J0 n! K7 c% T3 J
7.         return -1;
   
8.     }
   3 E; y) N- w# d) V. ?6 [2 T
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + T# I( r2 F) U3 [1 w. X
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
      t9 M: g" u6 O, Y, r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 s6 @* z% y* x+ }1 m* H
13.     return 0;
    
14. }

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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：


' |4 |- {6 E8 v8 Q7 V0 y" |

1. while(fend > 0)
   
2. {
   8 j3 A6 f  y) w' [# s( }
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 ?4 j, q2 t, l0 w
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ( L3 _3 ^' {: A( D" @: @9 k
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    $ w2 A7 v) `3 s
11. {
    1 E3 p; X7 y5 |
12. picture.length = fend;
    ' P, m% b  k1 m% m4 s8 n
13. picture.fin = 1;
    ) p) [  ~% N: P6 ?2 i! d
14. }
    8 {  w+ h" y7 x& }
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 z2 B( V( b  @8 J: y/ D+ \, D& D
17. if(sendbytes == -1)
    6 F  `1 P7 @- y
18. {
    7 F1 T4 [; S2 Z% u; ^- G: [9 s
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    1 _: _  w; J1 u
22. else
    - x5 W) S* d7 w' D4 D
23. {
    0 E0 [8 S! D6 o( A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    0 Q* s% y0 C3 O
26. }

复制代码

* n' x6 |4 Q3 e4 ]; ~, C  e9 Y
; }8 A  ]6 M' z% ~/ ]4 A$ [

4 a4 F; R2 |9 C8 Q( @" ^% P7 D
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html