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 s6 S, D. s; y' Q) V7 ]" B

! Z4 a* m; ^+ _6 D! f

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

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。

5 n4 p8 V8 b: a

. c) S7 l0 i$ W/ k

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 I1 j' _6 Z  c: l% s

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。

' d, k+ o9 [# A一、HTTP网页服务器
3 A( K( E8 ^6 Z5 R8 C. n# S

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   + s! d1 ?: f2 G6 z1 h! V  L% F
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , ?$ B4 u8 h1 j$ }) c
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   1 }. x8 t; \. I% p
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    & @$ j$ f3 R  v; w$ d3 @2 Y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % ?- L( W, L6 X7 |  ?  i, e
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
      ~. C+ r! f! A  u
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . t3 f5 r2 [9 h3 O6 R
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    0 [' ]4 H7 C- m% S4 S/ e/ T& p
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 }5 d" M  ?" I9 V
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    5 [  o3 t( `3 y- q
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);
   ' R) r  z4 e2 P9 b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   3 Y3 A# Y; D0 ?' @! O8 k" ^% I# l8 t
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ' Z& {& h3 N# J. s9 p* \  M+ Q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
      N2 i/ W( K9 l. R* w
12. 。。。
    & f# ^" H# w, f! A, P' \% _3 n
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;
   ' c* Q2 s/ A. C& B. p
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
     T, d) w0 ~0 @, c) M8 z( C9 ~+ l
2. pthread_cond_t pct;
   6 G* b6 P1 W& _4 k4 m; S/ v5 Z
3. int main(int argc, char* argv[])
   1 o8 q6 N# x( a. k  ?2 ?* C
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 d; L" C$ i3 {: D+ ]; {* |
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ; d" U0 V' B+ [, T9 [  a: o4 ^+ M0 @8 b
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ' R2 {$ Q3 v9 F) o$ S
10. ...
    2 s  G5 X. _2 U$ ^* k
11.     while(1)
    
12.     {
    ; g0 R/ m4 j' U$ m. U2 x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # ?% T5 W, u( t/ Z# D2 ~' c
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    % i7 E+ R. o0 c7 k7 O. |5 G
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" \
   
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" \
   7 }* z  E8 G9 p: e  l
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   + W9 v& u8 d$ P) ]  R) P
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");
    % l/ G* K+ f: h* N# l
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 u1 v- y1 P) a+ S( V' R' _
15.     {
    . d  R6 h* Y9 Y  q% M1 K' r
16.         free(frame);
    7 M$ j, A8 \# w  _6 |
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" \
   # y" Z/ D  F! B2 t1 s* G7 Y7 ]
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 ~! N! |5 Q" {+ l8 z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 y1 T0 d8 v1 H5 |$ k; }: a
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   7 E9 U( y! p5 _6 T! {, i
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . D# G. }2 E) J8 N$ o4 X
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 B8 y. X# v$ U& x* N( L
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 p( G% i0 _" L& N
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 e8 o! ], |; t- y* B+ S
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。

! |! n, V( j% C. w) `1 g9 a, z* R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. {
   # ^' O8 @% o; W, m1 w
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; i9 n- |7 ~3 |; X0 B; W% f1 j0 K
4.     if(*socket_found == (~0))
   % I$ s6 k4 L. n0 i: N
5.     {
   9 P" Z. A+ k/ d% M
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   # P9 _& b- J) e' |
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 |4 ?8 [5 n: c5 {) s/ i1 d3 P  A
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 y9 a! o5 v4 R* d$ n* _0 ^% u0 Q
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

, J) J! j  P4 @3 g% z7 u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：
. r$ u) ]1 Q4 u) H( i4 c3 {

9 e* c$ Y# n* a' w. Y1 m' v

1. while(fend > 0)
   
2. {
   5 X3 B1 U$ Y% ]2 q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . @6 I6 h$ @( x) o$ j+ b( n; t) r. R
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   # |4 Q. `+ I5 S$ X
10. else
    
11. {
    & z$ G1 u+ @2 r4 T" n' s
12. picture.length = fend;
    , |7 H1 g! }$ A# D1 G
13. picture.fin = 1;
    ' _+ a& n- I0 B5 O4 c% [; `8 @9 Q9 z
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 D; Z: r* k. r2 A
17. if(sendbytes == -1)
    " J7 |* T8 D5 w+ d
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 j8 Q! D4 V0 P  g4 A
20. return -1;
    
21. }
    3 p; K2 r6 `# i5 a* f
22. else
    - z# e- @2 K! u8 x. t" e
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ; x& P( c! ^5 _' a2 o' q
26. }

复制代码

- W' `( W9 a  I, g+ i# Y" x) C: i

& v  O' D( Y6 R" C$ ]
- @+ {$ o& h, `, r# W& ?$ V/ \iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html