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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% X8 P: N" V8 l7 S/ X

/ }$ R* R. d6 [9 v# y0 p! Z  B

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
8 i7 Z6 `. Q$ F! ~, D0 R
' J/ `- L1 x$ k5 D

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。

( M$ e; F3 t$ W% g

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。

  
  + S, D% l4 Y3 l' W# ^6 p! q

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。

; ]/ ^9 l8 k& l* `一、HTTP网页服务器
2 A1 ?1 f" S. A6 b# C

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);
   9 Q0 |5 u3 I. `: V/ }
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! r  v) ]$ N, A! o
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) M7 M# w5 B1 _
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 B: f9 m' g/ A
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      }4 B! d& e! D! g9 _. N
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    + N" f/ g2 k6 I0 i7 Z) |( |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ; |- q. B. J$ o8 a' q& l+ U
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 y9 {- C6 ?8 B2 q* |  |1 [' O: p
24.             return -1;
    % A! F( T, v6 @% i6 F  R
25.     }
    ! ?! p  A3 ?7 N! g( l
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    * W0 c2 m3 @; S! r2 w4 e, s
29.             return -1;
    
30.     }
    ( m  L6 Z/ }( H4 Q* Z) m  K( a) I
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 x8 Q2 I' W7 C
4. 。。。
   & h+ u; L8 }! X# ]9 y: T
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.     。。。
   0 l. B" }2 v4 N! r$ z
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 P9 c5 e! |+ A+ l
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);
   % ]% R8 \' |/ ?/ m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + o. B  V* H" h
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " _. s  ?) c( C. R8 _7 q9 E5 V
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   * m" @$ O+ N/ O2 r6 g" k
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[])
   9 w# j' C6 s" ^* Q3 x; G; y8 @$ T
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 _6 x5 b) ~8 }
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' B9 |4 N; Q+ @
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   & |0 |: E- x* J% v2 R
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    
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" \
   - W9 T8 y5 H5 a7 U0 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" \
   9 {! m6 T: J& L- }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( @  A. e& X: n( e
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - Q% v) Y5 t& T4 x& n- w
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 j" I2 s) e- O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 |& K6 N3 B5 l2 W% u
10.             STD_HEADER \
    ! M7 g- a% X& V
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
      |: D# @" A5 g' a$ k( R- s
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * x5 o  |! B4 q5 _
16.         free(frame);
    1 N6 n# V# B3 ?
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" \
   % V/ ?/ }; m0 y6 c. u
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 m5 o4 Y$ S! ^; e$ M
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   % R$ ~( }2 }1 u: y
7.             break;
   ! t- m# d" w+ n0 ]( p, c2 T" g
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    # V7 z: a3 R6 U: V5 h
11.         printf("sending boundary\n");
    * D  U* \: E2 h2 E
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 ?! T9 R0 ^1 e  M- G& y2 h
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) n% T, U- q# e8 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。

6 u; L+ J! i3 W2 m7 _

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' N& i5 b( B/ A1 J) }- f

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ' k9 y2 Z0 V7 @) ?4 v' ]8 C
2. {
   : b5 _  F6 F. A
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! D# X0 l  t! \& H' ?# B# P
5.     {
   % ~! J  y& D2 ^$ K+ L! s. J/ E
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   & p7 K3 G: t+ |, W
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " f, E  c3 `# R+ ?- c9 s
13.     return 0;
    0 b! W  V; q2 f3 u; V: r8 H8 a
14. }

复制代码

0 E8 p. Z' `8 z$ \5 A" p
7 w, A! m" c0 H1 r# w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：
$ L4 q" D- V9 H4 R- h
% K9 I6 z2 L, ^0 L
' o8 S( @8 y2 i3 W( U. I( V

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % b, Q% @' [) \$ }: s' s
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   9 z8 C: @6 s* R2 y+ W$ z# |+ ?) L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    6 @4 i4 i1 v" R5 z( _- U9 F) P* G
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    - C7 a- @) `+ ^) ^* @4 D) y# r
14. }
    $ D8 y& U$ \" S1 o
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ G& W. B9 G/ K+ {: Y5 d' U
17. if(sendbytes == -1)
    " y; w8 q2 z& g: V% x
18. {
    6 u  M6 K; F* t5 \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    8 m: x& R- P' A! o2 m+ h
22. else
    
23. {
    * l1 l2 h3 `3 J- X: t9 |6 \
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' O6 a6 O6 C" I+ q' L5 z0 ~
25. }
    6 V# H) f3 c5 B* \# c+ d2 S
26. }

复制代码

/ k- \- W) ]3 b- K2 J

  f1 D8 F* t9 l9 g+ {$ r6 M, Y+ `iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html