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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: m2 }6 P5 q' X. ]4 G( j8 M
$ N$ Y6 A  z" a! L4 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

. f- N4 I- \; n% G

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。

  
  0 I4 d3 h+ i9 ~6 l( p

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 `# c3 Z1 z, `- o1 |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)
   
2. {
   % y! O: s5 B6 D3 p
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; _6 @6 ?+ `8 Q/ p8 _/ |6 a, [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   " F& `" V% v. ?3 e8 X
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   # M" F1 c! E2 {  z: w! u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + ^! h  G! x$ k1 m1 R
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    % h7 S5 [- L3 I# F1 {0 W- |# k
15.     int on = 1;
    9 H; N& r$ K- {' I& _
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / m+ d" ^' O  s; ?
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 j9 [( A# n/ E
19.     }
    # G# Z, g/ Q1 o* O) H6 C% q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , O' o! Z0 g/ z- }# ?- e
21.     if(ret == -1)
    3 H+ X" N' i9 }1 N
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    / v7 f- C; r8 t1 K
24.             return -1;
    
25.     }
    : B! ^- D+ M1 i: b5 [9 Y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 Z1 @! O4 h9 w$ f
29.             return -1;
    
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)
   1 o0 @9 I' j& [! B9 R
3. {
   
4. 。。。
   6 T' M9 m! q6 u' u! W
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 u1 {8 _* ^4 D! x9 u; r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 `3 W5 T4 @& n3 [: C
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + I, }7 h4 b; }  I
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);
   # R% o. q4 \9 l* e( P5 L! h
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   3 q9 |0 k: j# }" |1 E6 U% C3 r
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' ]# k8 R0 h, Z. e( n9 E0 k2 D
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
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);
   ! @& h% B' f+ E5 d, I$ i* X
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   , ~  p% Z4 A3 r1 x7 x% p2 t& Y
10. ...
    ! L( o7 p$ h( h- f
11.     while(1)
    
12.     {
    ! F% Y1 C3 A, r
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; n1 s8 J; o$ O+ a! M3 ~% g% a
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" \
   * z$ l% F+ p2 R
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : G  L3 i' i" D0 o4 C4 m2 s8 }# r! T# q5 S
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ; j8 Q+ P, c. O( ?
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
     a# F( T9 X; P. H
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ( {8 e: N2 m' M3 N: H$ ?
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " W/ K% z- T. T  i
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . |* ]/ K) |# u$ e3 Z* r
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ Z2 V, X- P( N
15.     {
    ' ?8 j, i# J4 ]" F1 k
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" \
   ( T2 P7 x# j& T# D. e4 I
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . l& F0 G, q, W  D% r
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   4 _3 b, P, Y% b) s& o" [/ ]
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    / q( E1 a8 Q' B
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . a2 M0 _# @1 d2 ?( A
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , Y+ F5 H% g6 c+ @" S1 f
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。

- k: N, R* x; i5 c- `

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);
   9 a. L8 Q- [3 ?% N
4.     if(*socket_found == (~0))
   " B+ L3 O5 y$ h- Z8 ?
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);
    3 t( C- w) N. x) T
13.     return 0;
    $ I0 |' M2 D* D  T  z- V
14. }

复制代码

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：


! Y5 f, N: W- W9 f9 N

1. while(fend > 0)
   4 v' M$ p( v( o; f) P1 q
2. {
   2 |. D  U, m8 x7 z6 ^
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( v( U4 `  B0 d$ j: a
6. {
   , J# p3 ~% I3 u) n( L& \
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   . r% B& o  V/ J) p
9. }
   / v4 d" h/ M2 J1 h6 X4 Q
10. else
    ( j" Q( ]6 ~4 J# c
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ! \0 D8 e" W! v& N& W% l
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      s8 R7 \/ q. N
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

0 V: @# N. j8 y8 |! J" i

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