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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  t+ w" S8 O/ N* k- J# n+ }

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
  t3 ^4 z* p( E

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。

( Y( u. R. t0 p9 ^" c2 L

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。

  
  & [& M, z) ^# ]

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)
   * d- s2 ?6 h) @2 X" u" G) }
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 l8 F+ K$ N5 h, J/ z9 U% X
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; w/ `) ^( d/ U; F8 b* E6 A2 L
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)
    3 {' N6 |+ N% _3 ~8 G
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " s( c  ]. L% O9 P% o" H" g
13.             return -1;
    4 Z# S0 n; b& P+ [, m, `+ U
14.         }
    5 t6 u' _/ B' i1 {6 T% {
15.     int on = 1;
    ; c! }4 x, o& B, `) N  E; H
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    - a. f0 b* O4 G# s' N
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ; T' i& b, o! R% ^
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 {/ u+ x: U  u% P2 H+ z
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ; D6 \- x! i7 S6 k
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % v1 a: R' x8 _
24.             return -1;
    . C3 x) z. J7 L  u
25.     }
    1 x- C  E# t% s6 @' |/ `3 q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - G9 g+ t! N4 Z, r3 u1 M
28.             printf("Listen failed!\n");
    
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)
   3 \6 ]9 f( F) v: w. A7 I+ y5 c2 u
3. {
   ( J0 `; a# D8 J* M* ^8 J
4. 。。。
   5 k, L4 q7 N* e/ m7 R: ~0 W2 ^
5. while(1)
   & t3 f7 D& \& B4 S4 X
6. {
   . L# ]. k; m2 s
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 X  Y6 Y- l0 X
9.     。。。
   2 Q' V* r, j5 c6 x
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    6 N+ x5 ]1 U  P! w. ]# _
11. }
    . b1 B9 ^, D* x3 N2 V4 q* p
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   + v, a' `0 c. G. Z
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);
   : k  @. a! h$ Z9 f
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 S, o' }/ U6 O( \
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ( U- ^* u2 A6 d8 d  |$ n
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ( F" X+ F: ?2 @+ Y3 A7 n2 [4 h
10. ...
    2 @5 s; B5 w  |0 S. e
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( j. G" x) F& b$ p& E4 C3 `
14. ...
    ! P: w" A# h) B4 n
15.     }
    
16. ...
    ! ~) {& R+ j% }& g7 }6 S) K% Y5 a
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;">
   ( {/ h. e# N/ o1 @- c# ^# ]! G2 D
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   8 x+ i0 z0 X% F7 [" {& k. ^; F
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 @0 d* {, O! _, L  `% T% f( V
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   5 `3 E8 T& G" y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   . k# P. X, ]& {5 \0 H* q$ k6 J
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) d1 f! Q; @' ]! C1 v
12.             "\r\n" \
    6 E* e1 T4 }6 z- q; [9 q7 \: ?
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ! ^9 f" P& D; N% m
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" \
   6 ^# u  L0 i$ m! C
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   7 v1 C/ L* M/ _# s( {9 b6 l+ f: T# f; j
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . Z$ X% ?0 e  y0 P6 \
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * X, i7 e1 T0 E. x3 y6 R! d
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   2 m7 r& [4 P) Q5 |" }
10.             break;
    2 G$ k- a( X2 k& b; v% l! G
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    6 R8 ~  X* n4 J
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + E3 ^" S8 p. m) L( 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。

9 ]9 w1 p1 z6 P5 z! O% G+ t二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) V" I: `+ Z6 K1 W# w2 t4 Z! A

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   * O8 n1 o# c9 ?
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   - @- D& p+ V5 Y
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     m$ I" B" |: }' U9 E4 B
7.         return -1;
   
8.     }
   & |+ B% S0 A) Y2 m( h( V
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # p8 U3 q% }! y) O
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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, F1 W' e# v2 ^3 z7 M. w* d8 G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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 d2 `3 J8 B- D3 E! X/ E$ w0 }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) x6 `$ I/ w4 ?( B- e4 v
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ( i, d* x& |2 b
10. else
    6 d/ e, u6 R' V- @( u' t0 _, @
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
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);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 m- c: j! m! D5 y' T
20. return -1;
    3 p! m/ ~6 d; F
21. }
    . n; u9 O! a4 w& m, ?5 T( c6 v* I
22. else
    
23. {
    ( u( }; i* D7 V
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    & H7 y; r& Y2 B' n6 Y; m0 \* g7 r
26. }

复制代码

# c  ^9 _( _6 v- ]3 {8 F9 |
- h" }4 Q! v% C' l0 ?

! U) `1 V3 }, [% h$ W, `1 ViMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html