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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' x) G! L6 D+ y- a/ R4 u

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
9 U! p1 l8 m+ g  b9 J$ I

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。

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。

  
  

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。

/ w6 d4 O! E; {一、HTTP网页服务器
" q& r# S$ j, T( E

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. {
   : _1 R$ g! o  J6 l5 q( \
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   . z7 O/ H0 ?& W; }+ W* O
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) Y4 C( C3 e! N! e0 ^5 z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ( @  r" r" q" F0 K( k
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 V( K/ \) S+ Y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / Q8 \. R' n; m5 ]! J+ A& e, {
11.         {
    1 P" T; Y  O! q6 P" n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    1 i; x5 V! p. c* {- g3 u
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    1 Q6 t' z& F9 x* a, |0 S
18.         printf("setsockopt error\n");
    % @, w, W9 G2 K
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + p0 v+ O) G" {. f+ N5 ^
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    3 B" N' J" ]) f+ y1 _
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    - N2 u' ?. M" {3 ^
25.     }
    0 J- V3 ?, [) |5 X
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 O' S+ B3 P' P5 K$ }/ W/ `
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 a+ U! K7 e4 E# `7 w9 S
29.             return -1;
    6 t  l! W1 Z. x# t
30.     }
    " |$ Q0 K( B: w. z- z
31.     return 0;
    3 d% l3 w0 T2 |5 Z% h9 p' z' C, W
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);
   & B4 r% K2 N- s1 p$ s
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ! T; S$ X( R4 T
4. 。。。
   4 G9 c4 n% s) m# `) c
5. while(1)
   3 T9 K- z3 Q- |8 p* ?8 u
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 n' f0 W/ \5 M0 k2 J( l- G1 p
9.     。。。
   4 R2 z1 x1 k1 ~  \7 ^0 N
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    % j. ?( s% L# F' i4 ~
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);
   # x( o" o* A8 j! S. I! B
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   8 }0 @) v. q7 R8 d5 s2 y
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & \9 |/ E8 z- h9 n9 g
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;
   : T7 d0 N( D/ X8 k: n
2. pthread_cond_t pct;
   / V: p& \# ?/ e5 y
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   5 f6 B- ^& K9 o. \, E
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 Z% x8 J" ]: i, U0 S* m: I
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ) o  [) R; I% `
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ! c! p3 r! Z4 a& M* i9 ^2 [. A; X
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   5 }2 C  A- H; j1 c! j! ~. n! ~
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   $ c3 z1 n( C0 [( ]1 E: i+ o
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   1 r, K: K# x+ Q0 [: i
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   * t" B9 w( s' d
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - f7 {4 |. ]9 ^5 [4 A
12.             "\r\n" \
    ) S: I) K2 b  x" o# g3 Y7 s
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 Q* d5 u7 ]0 a& D, \
15.     {
    ! Z! }5 N7 t( Q/ M1 U. o
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   - S" A0 R. v7 W6 K$ @: G' `9 S
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : z; h6 i+ }) d
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 l5 Q! {# N. j
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   % p+ _( e7 N, r" @+ O: F3 W) r
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # `5 e3 G( H* [; \5 Z. [
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)
   % ~. }$ x; ?% C7 N( |6 ^
2. {
   1 }  A  z- b' X$ y+ M+ Y
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   1 u1 s* u0 e6 o
4.     if(*socket_found == (~0))
     o: B' |8 z5 m3 u6 B: H
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - `0 j- [; R# o2 l, D6 ]) Y; a
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   # u" Q  q/ O# p$ f- X4 }
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / J- e0 G4 u2 t6 U* m! J0 A4 a$ `
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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& i+ ~1 u# B! x" {- a
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：


) [' Q& X, e; C( w

1. while(fend > 0)
   # p8 {# @( T  O- b$ }' S2 o- W3 M
2. {
   4 p6 n9 n* H/ {% _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . Q( s# D4 L# j
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' e7 Q2 \+ [) F& }5 c! o
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   # k6 Y5 q$ q1 O6 X2 m! l9 u
9. }
   ) O8 ?2 @  s) K
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    9 ^  e" r3 o/ Q1 z
14. }
    3 [/ h" |0 Y& n( X) o2 b. G
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . z' {1 ]0 _. L, f# H. O6 a$ [
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - x; [: U0 t5 y! R
20. return -1;
    
21. }
    5 S: K- ?6 H" f! @9 p+ K
22. else
    3 w: _( d* r. `% g/ ^2 |, }
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % S/ Z/ P6 J3 }
25. }
    9 L; m  M' j4 I$ z0 Y' l
26. }

复制代码

1 [2 r3 ?2 W$ K  g$ s7 t
9 ^" v& ~0 j0 biMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html