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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) U8 }6 i8 H! c( v
; L2 j) \9 `$ {+ W& _6 j( p7 P

7 I% t$ f1 {- z) R% I, z

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。

' e- _! I) j. h- z5 @  h

* H5 t; E; H; b, M5 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。

  
  ! `3 x( r2 ^! b) `

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。

" r7 E. l- u# H一、HTTP网页服务器
$ q9 V0 V9 ^, T4 ~( T9 o6 A9 ?& ?

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)
   + @' X; |( M+ C% `
2. {
   6 u3 n. ]" C4 X+ ^- ^, c6 s2 U0 L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 N4 a' {6 c) G1 D' [% r
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.         {
    ( \& d4 p- Q) M$ w, m2 j1 [9 W& c& @
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    5 E( X* _/ _$ u1 r; [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 o) p  D( H  L: R7 ^
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . e  k9 r7 m3 {" I/ ^
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    * o, U2 Z, v+ W+ m& L( N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ O* V/ b5 Y6 {) E$ h# K
24.             return -1;
    1 {2 O1 D/ f5 x2 ?% n3 `( M
25.     }
    . C% _: {' p4 I9 z: w
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( h4 o4 [# ^# D
27.     {
    3 X% E# B- g! E1 U
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    9 W& W. N2 r/ ~# t* l% D6 p
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. {
   
4. 。。。
   + F2 z# {% _* v! Q& W) m
5. while(1)
   
6. {
   - F9 u3 w. b5 O3 D
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   3 V2 O& j3 `0 [! j  ~
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ! `* Y; E' G: d! Y" n. d
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);
   8 \9 \7 E$ q$ }
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) W+ ^( O: ]& M' \6 q' q( N7 D2 L3 O
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ |3 [  |. L% P" b: d9 M0 v- r
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. {
   2 l1 o, t1 b) u1 v6 D
5. ...
   ! @3 Z$ H  j. F& G
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( @; ]1 |7 F* v! L7 ~! Y3 Y9 i% K
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . o# j/ w; B& S2 D* S# G/ r( i
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ) o$ v; ^; l  A
10. ...
    ( d! k2 g, p) j3 W) d, S7 M
11.     while(1)
    ; y! C) p' M( J: C' |# |! V1 ?# |
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    + w  S0 U$ W6 @2 s) n
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" \
   & Q& W/ t6 _+ {, S% C0 @
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
     W8 H6 H# N8 s. O: W
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   * g% F' z" p0 E% }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 w! C) R: o: q, K, c
7.     printf("preparing header\n");
   6 h# I, ~* {# P1 \+ Z* {, e# L
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    3 d8 y/ }  w( p* D; Q2 v7 {& y
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ) H3 o, Y* Y* r2 ~/ B2 s
12.             "\r\n" \
    / |% s" `) I. c& L) t
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) n& E9 t4 U0 I& `8 [$ `
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - _! S1 s: H# Y, X' {( p
15.     {
    
16.         free(frame);
    + v3 m4 ^8 p* Z( D2 [+ T
17.         return;
    7 T7 B% f5 k& S- ~3 J
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" \
   : j' W, q6 m& w
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ! z, _6 }1 B3 |4 f. o/ A2 l
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
     G. z7 B) i% |" s) O1 G' d- D
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 O1 e* E9 M. ?+ m7 Q, N8 ?$ Q
10.             break;
    , K  }4 Z: ]5 W. m2 r" ]" y3 @
11.         printf("sending boundary\n");
    ) j4 F9 x7 r6 ]9 w$ z) k: C6 T
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ D; J, ~9 ]9 Z) V  i4 B
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    5 S- L% y: R/ [1 ^- }
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。

* Q2 f* g. w# c7 O) K

( ^" H  G( I+ m" S5 T, S: v2 Y二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
2 K# E) ^3 l* i' J4 n

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   " r) ?  T- }  @, a2 v
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   / i( W/ d2 ^. L* `
7.         return -1;
   9 a3 u+ L5 O- e& W% P
8.     }
   7 z% P& O3 X4 K) [! M. [6 I
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
      |/ x1 a) X4 q  F
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ) \# O' J9 V/ M& W5 I
13.     return 0;
    - }; r+ n! C6 ?% l8 Q
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：

1. while(fend > 0)
   % ^2 D6 W) d& ~- D
2. {
   6 V3 r! V8 L$ {( J1 e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   " X3 P9 k5 z0 C3 a- G1 x
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 h, o; p* y5 w
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    1 X- J6 P1 l- o/ B6 D* m
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ) ?! K# r- N. \$ d: O
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % u+ H$ ~  z2 R) m
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ b; y' l+ t! Y. a9 b- R
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + \( b3 X# V) ]. x
20. return -1;
    
21. }
    6 B6 m& P2 q+ O
22. else
    ( a; d; ?1 X7 q" f( F4 r
23. {
      }: [& F  {! P1 w! P
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    # W# a* h+ O1 \% X' }0 T
25. }
    
26. }

复制代码

0 W$ b1 |) y% m: X, f) ]

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