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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5 U" q' v% T4 m0 K- ?5 S8 n& 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

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 H; s$ `# N8 e6 {, T; P: Z, \

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。

  
  / ^- R4 u/ \) W% M, ]- V

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' B; _/ t1 d& b* H& }: N
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 D2 w1 e# V6 O1 V
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % v, t* o" N3 d# L& z9 K( c1 x
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   - ?, t2 E$ V1 \8 }& L5 s
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 c! B6 e0 G+ j4 E
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    $ X: E# K5 c9 ?
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    $ q# m0 E- J/ c+ h
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    8 M" X6 U" B" G+ X. }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % R/ R6 n2 x" E2 I$ D3 x0 Z& X
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    + m% @- h" N0 e  r
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ! h; W( ^: E( t6 C! E! [
25.     }
    ; X6 I9 O, h0 f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    , x0 X: G+ z" N" Q5 B$ W8 ]* }
29.             return -1;
    7 a3 Q. F8 t2 s3 N' P- y
30.     }
    0 N: C* J- P# n7 E! U5 }% a
31.     return 0;
    . {! T3 q* `/ V0 C- I% Z0 H9 S
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);
   # ~( d- ]3 q: ?: X: Y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   - |2 G4 a5 i, E4 M" N. ^8 a
3. {
   ! _+ r3 _5 R6 j; M9 u' Z  ?" E
4. 。。。
   : _( f  l3 C$ N& \5 M
5. while(1)
   8 E8 o' d2 W$ M" H5 l6 j' i
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : a1 Q4 J6 P! o! Q, x' S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   / V) @5 n9 I; q; w
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 a' S; m+ b" h- C
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);
   + ~% W% k  N: l5 x. T
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' i$ _* E9 _+ Y9 X9 N9 Y
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : e# L/ b  F/ P( p! N; W
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ Z  d) ]: n: o  B- M4 d6 o
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;
   1 i" S$ m7 P& X( m2 H  a* i% f7 e
2. pthread_cond_t pct;
   0 y, F- C1 }4 w$ k+ W; c
3. int main(int argc, char* argv[])
   " F1 B4 F0 A; }4 u. e( L$ x# ?7 b
4. {
   % D2 e, a) q1 T1 I) u" D
5. ...
   . z. Z$ M1 ~$ r5 M9 S  B% A
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 q5 W" z3 O; Q" c; h: u! ?
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   2 [3 g1 R8 Z: }% S, u) Z
10. ...
    
11.     while(1)
    3 I; @( z4 u2 j3 h3 a6 p) _& D
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( M1 h# U1 p5 u& P  M9 b
14. ...
    % i$ r4 w' q- G
15.     }
    
16. ...
    % z7 R2 J+ h5 }$ A" Q- {
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;">
   , f7 _, v1 T2 S% V+ n6 A  v
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" \
     W# Q+ ]# \4 m  d# \1 l: D
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   3 J  Z, R, D8 f7 u, j/ |' ~
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; b0 V. ^/ H: }
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    % J! T. {6 T& c. |" e  g8 @3 M
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 _" Z! M- Z$ n- x
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " C1 P  w! F7 D7 L
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    1 ?  b2 d& b: g; N4 g" V
17.         return;
    6 ^% t. z% H  i9 b3 ?
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" \
   0 G, `, n+ l$ O* o' y0 r
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ; n' e* z! S( v. ?0 K
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   3 z1 y4 ~2 D8 E. R* R
8.         printf("sending frame\n");
   # T$ G# L6 |5 T& D
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 X! k( O0 j% O- h
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    4 \3 O# S! _# H+ E, y- F
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。

5 C5 d- `/ ~* x7 T

0 o' J+ m7 |) \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)
     L# X7 w* d$ Z$ D: G  r; V
2. {
   ' r1 }2 w) a5 R4 u0 v4 C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) f# n' e7 G' E. W
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   1 ~! W2 X: i1 q4 a8 D2 H$ B
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * o8 }- r0 y% q$ \+ r! x/ Z
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    $ e! Z/ x7 k) D
14. }

复制代码

$ C  o& i1 d" i1 q0 S
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：
. n3 u2 O6 f: f9 U7 a0 p; e

. d: p: z7 p3 y9 I" o

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
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;
   
8. picture.fin = 0;
     z4 T9 j* z! u, k. @# M/ P, C
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    - P% t: N9 r% ~7 i
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 t3 S' k3 n2 K% T! M/ [
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ L- _4 ]4 w( S1 x% _" J' t' y8 W
17. if(sendbytes == -1)
    5 b3 A1 c2 g5 K8 u
18. {
    ( e, _2 H' }" s: D
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 X6 `; f% m* J2 r/ V. n  P
20. return -1;
    7 G5 y8 y* K$ ^1 _0 T- n# C$ K
21. }
    2 S' H* Q7 L  R" U* C3 q$ a3 A+ H
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 p6 V# {3 p- A1 t8 p, |
25. }
    6 U5 m5 k$ a$ O" E3 ?5 R
26. }

复制代码

% n, \' X2 H) c* I

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