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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% ]! n; M5 l' }. i

% j2 }- I9 m2 R4 {2 p

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
# @- P4 r( t4 F- _

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。

" N4 h* ]0 p+ n+ F4 Q$ b' X

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

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)
   / e( z; r7 q% g
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   - \) ~: n$ [5 t6 w# a' I/ Z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
     F0 ]7 `( `6 e3 u+ k$ E( M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' r. g" ^: W$ x' V2 |
11.         {
    ) M2 G# N; z, U8 E6 E/ o2 O3 v/ F
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    + Z( C9 D- ^. _( |0 y# ~
14.         }
    ) B/ J* I' X  r: w' l+ G
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    & s; G! t/ B" f$ r: N& i
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ V# ]9 G6 J; z! f7 {; K
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    3 T( g; R: L1 e# h9 }
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    / s  j0 F, }" f4 O" l  v
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
      p% |4 f8 O) |3 Y3 \6 s
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    . U% R+ S$ b; T+ [
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);
   / ?" W# L% j* A3 W8 u$ X5 n6 F
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % {6 q' A& n# Z9 F
3. {
     k+ Z+ W7 s3 e+ H
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   7 I1 R* H1 o* Q4 J
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * w( C, O* `6 Q9 U
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * M5 I1 Z+ \, ?5 {
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);
   . `. J) E0 H) A* |
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 Z6 y& D7 G, T0 z0 a
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;
   / J0 b6 j" Q) \
2. pthread_cond_t pct;
   " \& p. g$ s& O) F+ e
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 {( e/ h8 @7 F6 ]* T" d# L
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 c. B- ^/ e4 h% F# j
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);
   ) s; `) y* @: ^) b
10. ...
    , A0 g) p9 a2 u" U) t3 [
11.     while(1)
    
12.     {
    ; A- R4 F- z- \8 P4 {: s9 n, B
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + y9 j+ n5 E+ U
14. ...
    / U% a! e/ M2 E1 r
15.     }
    4 L: R5 f% u' x8 j$ o; K
16. ...
    ; S- o5 o# Y$ `; i; ^5 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;">
   & s9 Z$ z. I8 {1 E+ u, m
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" \
   & c6 M8 a& ]  q7 R+ ?+ n+ n' z6 ~
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 c# P2 z) @& Q# v7 _
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   1 c5 U" R3 |! A  F
10.             STD_HEADER \
    5 e  L5 T2 i+ h: i% o2 G: f$ r
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 I, O8 q' q4 I0 S* F3 p1 V$ L* Z
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - \" R4 Z$ M- E/ O6 _/ k
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   7 j1 Q& `5 ]6 M' Y' r- x1 c4 L" T
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - F8 C" g: G7 C8 _
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    9 L  w+ o, |) P) `
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * y# C/ F3 Q  |
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。

  W( n1 s6 Z* R+ O, m' K1 p( u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)
   & j" E; W3 |4 {% J3 y: u6 v" H* z
2. {
   4 X* a/ V/ \- m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   , W9 `' H: E, {3 T' f& Q3 w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   # D3 w( z: p1 X  _, S9 q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    " F8 e# i' g; t( M: v9 S% z. Z
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 D5 ~" m2 J6 D, O
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    1 A1 Z5 Z# R- E& K
14. }

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& k# o; @/ s2 Z8 ^+ V' X1 S/ c$ M( P, Z$ R
0 R% L  P5 U! r9 |" n+ V1 g3 I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 r: v& V/ ^4 W# w3 h# ~" r5 E$ H% z
  X8 A% ?* G7 y1 Q" v* \. e$ s! @

1. while(fend > 0)
   
2. {
   + K7 K& g7 a9 s
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; A3 e. R5 `0 j- f; }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ ?; F. P/ x1 T
6. {
   5 H+ `+ q1 e' n, O; K1 K" i) G: t
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   . Z; _8 P( `" @% L* C7 P
9. }
   
10. else
      U! O! a, Q# O0 K) i
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    4 J0 [+ J2 p* y
14. }
    # c: ^/ n4 h8 M
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % ?' s& k4 N4 J; c# k) ?3 J" Y$ G
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , i! `8 J9 ?; @1 {- D
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 W# T( e, C! U. M" n2 |. }+ |
20. return -1;
    - q7 H3 g1 B# O! i' z- H( r3 R7 B
21. }
    : d" e+ s) {' {( o$ ]; H' w/ K6 J
22. else
    
23. {
    - X; P, f4 l' j* i
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    # Y' ~* x2 a. r5 ?' @
25. }
    
26. }

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( i, M& [1 ^6 y5 H: v$ t1 p' X

: u: W2 |) K* m, z! XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html