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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6 E0 M7 ~* R2 z! D2 R4 Z

8 L  b. T# z+ [. l" f, T) 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

+ _9 F. S' C3 y" e5 R; I

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。

  
  " R% D- ^- _$ g- d: e4 k4 |

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。

1 S1 e4 y% o+ _) h9 A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)
   . N$ a7 t6 s* d( X# A
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! N9 \  c' p7 ^1 x
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + h4 t! p: T8 j* 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;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 |' U- h8 E( [! Z. ?
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 J( v! G% u3 D( I9 l% D& ~
13.             return -1;
    " S" A1 M, r. E& W0 B' {
14.         }
    
15.     int on = 1;
      G( k0 U& G+ R# U: i2 ~! v6 ?
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # n/ B: ~( b( w: f' I1 c
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ! G$ ]1 `7 p% [* a7 D0 ^
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    9 x: V# g  H+ u; {9 |' r
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & W; I: E( S  x" ?6 `9 i
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    - s5 @7 L- _% w
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 A7 a) q; b9 Q% Z' O  q
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - [6 [, Y8 c0 y0 h
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    : M: w" b) X/ |2 e
12. 。。。
    * k' [  }; T% S3 Q8 Q; y3 Q
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , O  I; |$ I) Q" B, n+ ^' S* j) Z
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;
   - N8 {# L& b" p
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   2 g1 ~/ I6 o! K' g
4. {
   4 B! W: A' [0 ~9 Z. z/ s
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);
   ; w8 R0 k0 |* b' E" v! X; O
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   - [/ h, {2 O7 R( e% C
10. ...
    
11.     while(1)
    ) P; Q1 e8 b- @- _" D0 K" J
12.     {
    + N$ o' ~3 L" m( W
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 g. F5 J4 k2 Z0 r
14. ...
    " z) m6 M9 T! e. l$ s' q
15.     }
    
16. ...
    + ^4 ?' h  i7 V- X% b/ ~
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;">
   & J& i8 _' q4 `$ U5 ], B8 [% V5 N5 b
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" \
   / l( O* ], h/ ~+ M7 r6 }( t
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" \
   $ {: E; w3 L! ?6 p9 M2 c
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   7 `; W3 X9 {+ L* D' p) l
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   7 [, j) K5 B5 y* ^; J
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / Q' v+ W: W) ~. \% E8 S3 Q
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" \
   2 K& E/ Z# u; {! c9 [( [8 z
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : F  z: g% ?$ n
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   : [5 R( o. w7 k$ A( \: ^  p1 T! m
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   9 i; ^7 B# P* v* g$ Y
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    8 }% l, e3 |# J- h5 c" I
11.         printf("sending boundary\n");
    " l4 d* g) @9 U9 Q  ~: C0 t% {
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " U1 s& O9 ]4 u/ D
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。

- c2 y6 }# o. Q  t% x; x

( G. P5 K; Q2 K1 P( c二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: z8 Y" y2 b4 a) }0 O" b

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   , |; b$ K7 J$ [5 m- T. @
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 Y$ m9 @+ o$ e$ L  i; g! D
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   & i+ z! y  e4 B1 _9 s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   3 x2 V6 M' c# U3 f* `; R
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   & [( U9 }8 Y4 R) r
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ; w9 F; q( q- m: N
13.     return 0;
    0 b0 }1 w+ [& [$ R$ L
14. }

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& s1 @7 n9 R8 i/ v/ e
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：
* j, ?1 }5 s+ l% I' h$ l( G

5 k. W* {' u1 P' P1 v5 j2 n' I+ ?

1. while(fend > 0)
   3 N# ^% U$ D3 N) }$ }6 _
2. {
   9 d+ Z% J+ ^, y; G% i# ?$ Z# }  [" s
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   8 u' d- d' @/ o: }% w' T; e
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 x- [* B5 c) v9 B8 t
6. {
   . m4 s! z# W+ i$ U
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   $ K- l( C5 V) O$ c/ K3 f1 b
10. else
    , |3 ^1 j: k1 e, \+ i# T$ h: |0 `
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    0 ]7 N$ k) L0 j3 v& D8 T0 w' d
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)
    ) h4 y7 U; D5 v8 t1 b. F% g
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    * I. s1 X2 b( }( J0 Q2 {7 r7 X- ^
22. else
    8 M  Y5 y4 |7 ?3 G! F- [2 L' x
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

- X# k1 c3 x! p) H! a

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