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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: k4 ^" X- }% o

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
" C' z% r: k' Q5 Q$ r

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。

  
  7 q7 Z9 c1 N' o  W  S4 W

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。

' ?8 P% p. R3 X# l# I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)
   9 m  i% `2 N" C& i
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
     a: U+ C9 j% u7 I% h
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ ^* w, B6 y, n6 S3 D
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     p9 B; B: E: u" Q
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    $ v4 @: j* u- e) `9 l6 j' p
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    $ t& \" `6 _- C) g" Y% E
13.             return -1;
    
14.         }
    - ^8 H* F2 z# J0 G  k9 Y7 Z0 r
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 }6 _# k  K: v- f0 Y) O6 ^5 a
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    4 E) C, K; A. w% M" k
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , U" F) R  }/ ~/ `
24.             return -1;
    0 u$ B. r4 k8 F+ g6 X! i# q2 _7 m
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - k+ r, ?- v$ t+ ?7 D* z$ q
29.             return -1;
    * r; E( G: X3 }
30.     }
    ) ^/ Q" D- k* l& C9 U4 f
31.     return 0;
    ; g, h# _  i! J( W! T2 [
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);
   8 U( o- q& {) C* ]5 X
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   & h2 n9 b5 ~: p) i( o
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - F* {$ w0 I6 r: e+ j& c
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    7 y, Y) x: {( V% ?( `( ?+ a- c
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     z- \  i2 n( o* y' J9 \+ T
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ d, F1 a" S. D
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;
   % h+ o( H  Q$ ]- y+ I9 S  [: {& K
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ) u$ V4 @) [: s/ L+ @- C7 d- t
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / W( i+ ~& k$ I
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);
   % y2 c" K5 r+ N$ }# M
10. ...
    
11.     while(1)
    $ ^8 S' \1 _: N- j
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    . U  d7 n8 [  }
15.     }
    2 o% J6 `! x) J/ B7 J3 C
16. ...
    5 T: [& [% ]" k3 I# g! a/ A4 j! v
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;">
   9 J1 m9 }. T. S# x  f( l6 J& k' F* x
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" \
   : d( p7 y8 r' x0 h
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , O" k0 B0 |- F. N  S& ?& B
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; w5 I: u2 M9 ^/ }7 r1 r
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   3 c3 I) a# M% Y2 L3 D6 H  u
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   , S# l9 @$ I3 f% }1 q. }
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # t( ]. E2 w4 T% a% w8 i  g
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & D# A/ E+ Q% Z) G) h. h
15.     {
    5 z, I6 J$ v' b& |; H2 ?
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " \8 |, C4 Z, y1 h0 o. w) z
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" \
   ( M. [5 n# @# c
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   , S! D  I0 {: u1 k3 d+ ]) e
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ( {! |* I0 F7 Q7 q' O' L
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 F' W$ H( ~8 ^- o0 s( |
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % m1 I& T( {" I7 W
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ) A; k, y4 W$ s
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

" s2 P' j" l4 c% M  C' o! G9 q

; q4 N: h) p& w( q" a8 s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)
   ! F5 f; e  a7 `5 n
2. {
   # B* C, G- f' Z- C0 ?: h4 X8 ?+ @6 |
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   4 P& @2 V- w- v
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / m! R3 P6 j' c9 Y$ f3 T
8.     }
   + v2 ^* {) y/ d! |
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( }2 E% P0 P0 i1 h! F, E
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % [# C* I# o* |' w) j* ^
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * q7 e2 U5 \5 u: t% f* b) N+ D. g
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
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：
* C) B& o3 X7 V; H
' b' ~! F1 o8 w/ H' p# K
8 C) R* U( [4 M1 i3 T9 ?% P

1. while(fend > 0)
   
2. {
     Q. s8 x, W, i# G6 x
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 f; U5 L/ H9 s9 `* l( |% S
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 X3 L) m: ~- [6 Y! t! h
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ Q/ E4 M7 i4 g* H: ?( }
6. {
   & u" e' s8 K# c1 k
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    2 \( M! i1 p/ X7 E7 e! [. l* F# a
12. picture.length = fend;
    1 t% f/ Q4 U1 U* q7 ~/ }0 K& P* s
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , K9 B4 N! h7 Z5 [. O
17. if(sendbytes == -1)
    : H+ \( Z8 s3 j5 X, q
18. {
    / z6 y5 r, y: y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    2 x5 o' n, y: L" i2 @! g! u
22. else
    $ v& M2 T. f- E3 I- d' v
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! C/ y4 o+ K+ K3 x& g
25. }
    ( d( v7 i: p7 x% [7 U
26. }

复制代码

; s+ T5 o7 N/ y+ m5 K7 T4 Z

& V3 u$ v$ C/ |+ s8 ~4 P
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html