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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! ~. G* [; b, Z9 a: N4 H' s

+ H8 {8 ~9 w3 j" X* @1 V% k

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。

. x3 [0 I& f# f: B0 n* i) 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。

  
  3 b( U6 V( j% ^9 i# f

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。

- I. }! _9 j* r0 A0 }8 }一、HTTP网页服务器
7 p$ C* O* b& Z7 v( I

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. {
   & m- L$ t0 R) ~6 h
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # m! D# O/ r2 x0 N& s6 {" V
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   % k7 c  u4 d& ~0 W5 r/ U
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     [0 e, E! m4 q# S+ `3 H- A- E
9.     int ret;
   , L- }6 H' J8 n2 f4 e" I
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . q3 A- n( h3 g1 V3 ]: E- s/ O
13.             return -1;
    
14.         }
    , l: l9 z1 x' n8 k# u
15.     int on = 1;
    . K: {- S! h6 A2 q7 t- J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ( P0 l4 x. C0 F. B
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 {/ c- g+ O$ t  W# @
21.     if(ret == -1)
    & s' [& y* \8 T6 w. g! H
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 n6 @$ E5 A) _, g) r( g
24.             return -1;
    
25.     }
    1 C9 k; \" k5 V! ?1 x9 B, `0 R8 K: E' |
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 S3 P! g2 v5 v, T
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) [7 w8 T/ V' w3 I& ]
29.             return -1;
    8 ~( q$ t0 _, y6 m+ W2 @; j" ~9 @
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. {
   . G. \2 Z0 T  U* G  Q
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # y1 }2 N; [8 X$ X1 [, S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ' r' K3 i8 Q( d
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    2 V! L1 b3 T. _
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);
   ! F; o; w$ M, C& e6 P) j
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   / V7 L3 C( @* a
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   2 T, g- `  X* j+ K, |
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! t- P3 @- Q! q% q; ^" Y  C) 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   # z+ S3 n; t" d) r$ [% N4 C
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & y# d* F% @+ F/ |8 u8 |" @/ v* w
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 W7 O# u7 p2 F% M
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / q# R" |. y& {& R( D2 l  q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ; o1 V/ `9 X( {
10. ...
    
11.     while(1)
    8 E9 ~& l2 j- l
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' A( P1 }: h; ]( W3 Q2 N
14. ...
    ' g, X3 R" u% G$ f; G8 r# X/ M
15.     }
    3 x& `& f% a$ Z/ _2 \( ]; K+ Z
16. ...
    1 c+ s2 M. V/ D: X4 @' }- o, l
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 M/ i; `8 q- x0 p- o! O8 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" \
   & |0 m6 ]# k2 t# c0 P
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! C$ C. g9 X9 j" t
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" \
   
10.             STD_HEADER \
    ( [/ w  o- d; [1 x9 I
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    " [4 q7 ]( N( i: D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % `0 n/ \4 X+ l# L! ~  C6 p. [+ `; N5 B5 g
15.     {
    + n+ q6 a. D" P3 a' d& K+ F
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" \
   3 P5 m' `; B* W6 ?, z
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
     u+ K% _$ _2 v1 P, f) z0 }% N  t( k
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 a: m0 h9 b3 z7 {: L! G  X1 E
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   + o% Z% z- P% o. W" t
7.             break;
   4 @% q# h; B5 a
8.         printf("sending frame\n");
   , F2 t0 r) T- V6 C0 T! }
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     y% p' Y$ i' Z$ m2 i
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . e! D% G1 D& g; g. z# [* k7 @& Y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

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. {
     N( ?0 J5 E7 ~% Q9 d
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   + }3 P# e* ^% I6 E
5.     {
   3 \  z3 s- R; B0 I
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   8 i1 K% K$ r; S
8.     }
   - T4 x2 j4 ^7 j$ g8 z/ }5 ]0 {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 t' p3 b3 ^) @+ ]& g" K' e9 G4 p
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " S+ B* ~6 w- g: t
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：


/ k- d' v3 Q' W

1. while(fend > 0)
   * r: _  M. j+ Z+ o& I. ~* D
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   7 F( I+ O: ?( B( M# @
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' x8 t, G. L, k% B0 @
6. {
   , T9 ^# j& S5 H6 P1 W! ]$ P
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   . z2 A4 W  I4 l9 W
10. else
    9 O  P# j  E; X1 ~" T' j& D1 w# y  ~
11. {
    " T. B+ I: Z$ a8 J5 q3 Y
12. picture.length = fend;
    9 {! B( Z: A. i
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / F- [) g5 E8 C1 s- b
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # P' a0 f" M, r& k, [- b
17. if(sendbytes == -1)
    ; H% H. j) O# N
18. {
    1 _' \. \$ T, e& t: T0 p
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 r9 ?) J# J4 n! r8 K" I
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / |6 c! X( t  r! s( x  `! X
25. }
    
26. }

复制代码

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