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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  A  A  Y8 E  W! n: ?  k
1 z) b" S8 Y, f  X" k4 l' s* u! F- 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
2 N2 T4 N: B4 N7 D1 N

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。

' n; ?, U+ o: V: R( k  u

& {7 ?6 _0 |1 L# Y, E% D& f

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。

9 k2 c$ R9 K4 Y' P5 ?) @/ ~" h2 L! f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. {
   ( V$ r9 x+ u; q* S# K7 R4 e6 B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * t4 B& O, q9 ?0 C2 ^8 t
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' J0 V0 M, g! m0 Q5 d
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' M" ^' k3 s! w* O
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ( d& e  @0 [4 P9 `( H5 r
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   9 k# I/ d6 t. ~7 L  H# F8 b
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    5 w  k1 s) |5 J; A9 P8 y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ( E/ @) S& s3 C1 |
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) q0 m8 [9 f9 d* Q  ^: Z; k' n
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    % S- b1 r3 a, N; f/ y
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % E( D' h. f; i2 U! d
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    , K& `7 n& h9 c7 j
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : x4 b" d- D) l6 a$ |& w+ D
24.             return -1;
    
25.     }
    3 X& n% B0 U3 L0 \4 c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    9 \% N0 v; ^) j6 r* b" r4 l
27.     {
    & _- V9 u* }$ o0 d
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    " \1 V6 L3 G' }& H+ u% r
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)
   6 Y$ [  i0 h; k6 k9 z  t
3. {
   
4. 。。。
   : p" `  r4 ~8 Y/ V5 M  J
5. while(1)
   8 H0 s$ M# x  \
6. {
   " v& {' ?0 c2 E5 \# x
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ( U/ u! G4 _; k: s1 X4 J9 U. l
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) ]& \* ^$ _; d/ \. {* y
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    5 C9 I( F9 Z( r
12. 。。。
    & c: @! T6 f: p; T0 t) `
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / E9 f4 V+ E' K2 t. a- D& y6 O
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! y% C8 n3 P& U' u& e! H
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;
   : p* F$ A0 ^0 {5 r% ]8 R% Y; h
2. pthread_cond_t pct;
   & K1 I: t6 \/ T& L! y
3. int main(int argc, char* argv[])
   # n% F4 p4 w% z; \6 t) _
4. {
   4 J3 r& @, ^9 w
5. ...
   8 p8 ^3 ?, Y7 _, M( t) l
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) \% N7 T4 K9 S0 n& p6 ?( l
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ' K/ s4 z/ z8 |& R* K2 m5 Z" [; D+ u
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    7 Q  t( e  W6 ]
11.     while(1)
    
12.     {
    8 A0 N2 y4 y  s3 L9 u/ X; B3 [: {
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 e& g3 ?$ [: L% G1 g9 o
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;">
   & F+ a. X! `2 F" S% m  `
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" \
   & {1 D: E( c) ]: x
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # A& b% X! S7 O/ U/ i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   + H3 T1 s- Z5 f2 y6 t9 I
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 K9 O* C. u  d% D8 o4 \) \; [
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 T1 h( a/ H) C1 t& \
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    " v0 Z7 c. t6 ]$ I9 {8 }; K
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ( {) ]2 v, q1 D
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" \
   7 |6 S7 i; a* q# ]  L
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 ~: e7 Q+ G2 Q
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   1 ?( W4 n' r) _$ F( V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   9 L. O7 l* H6 s# m3 K. }
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! Y; E* A  c7 `/ b! |- u
7.             break;
   8 ^% P) i1 f& x. G  ~! P
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - o4 m" T. `: N( a" M
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    # S) `! l# h- N# K$ o7 G( V; }
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>

复制代码

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。

0 W0 @! n) X" W3 ?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)
   # \7 O  w6 J5 t9 B5 b" H
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   - y. n% j7 u: S1 t) H) Z) G/ o
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 l& |$ ?/ _8 g9 _4 ~/ n* \9 A
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      u7 u7 w' `' ~8 @" d' k4 c3 V" L
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

: }: r4 L3 Y" t& C& C1 N& M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)
   ) w( U! ], h; W2 a7 s
2. {
   : T' O: Q9 [4 I6 j5 W3 ^* T
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 A9 ^6 k/ p1 U# C: A
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   3 f0 `7 d6 g0 H: B5 J5 d
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . d( w( ~8 q* x3 {, x6 ^
13. picture.fin = 1;
    3 b; M3 k* C0 B$ r3 F
14. }
    5 Z1 t6 t( O  m: B; }& T' {
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 t$ E8 G) r' Q
17. if(sendbytes == -1)
    : z/ {; ~6 h3 \, }
18. {
    ! K. @% N/ ^. u5 x0 {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    % d: I: G) G6 |3 K# y3 B
20. return -1;
    0 t9 h7 V$ F5 F' y6 `  N
21. }
    
22. else
    & e9 c1 l) E3 a0 D1 \, S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * U% t2 q% i0 b! R: C' Y- d
25. }
    
26. }

复制代码

1 I4 A4 [. ^# e- C# P, F' Q; E
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html