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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. t" v. ]( P4 n

8 X8 H' b, }4 x: y* D8 b( V

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。

) f% ?; d, V: k: T( R/ q' Q: {: R- i; D) `1 C

0 c0 B- B, k2 f7 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。

  
  . [4 B, i0 K  ]/ x

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。

% g/ p- L3 B6 p6 r; g8 x. c4 w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)
   * t7 {! Q5 S6 h8 Z, c
2. {
   ! v8 M6 ~0 x8 ~7 R; |
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " u/ Y/ s8 O  L6 g
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 M9 L" s) u% X, g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   - ?; m8 U" k+ G. d1 v
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / {! y. j4 {& E. ^( u4 @
11.         {
    2 B9 [( f* ^$ Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    - N! o" w1 N2 L2 t0 K/ \
14.         }
    & m1 o/ \) E: h) W
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 ^4 p. _- j: Y& F  }* K/ {: z
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    . u" M5 B1 f- y) R+ _3 @
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " f- V) u" n7 w! D
21.     if(ret == -1)
    6 z1 E0 I9 e& C6 T8 a
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    - J% S5 h7 o' F& U: D% R9 _, K! L) ~
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % V$ h% B: a# X9 E' `* z6 X
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    . w& a2 J( R: T  N+ J$ ?6 Y2 S  t
29.             return -1;
    
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);
   + x/ L8 W  ]; a
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   $ p& ]  n5 C8 N; z4 K
3. {
   , I" n5 n4 q, \& w
4. 。。。
   
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");
   ; f1 W, _1 U8 `2 k: H; @
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # H3 v+ S& {0 ]. m( y
11. }
    
12. 。。。
    $ E4 Y  y; [0 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;
   % Q% u# Z$ i2 ~% q, C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' X: Q/ T$ i6 _7 q& p
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   . Y& X0 ^, }- U" u: U* `9 }
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " w4 ~, e) M; A& j8 q0 J
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[])
   0 Z( E5 Q$ u1 Z
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
     [( v8 Q* }7 h  y8 ?8 u1 l
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) m! ~3 r- O; f- q
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    4 ?0 h( q8 {  M; D: S4 ~
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    . \! j5 M8 @( P' t+ t, r7 K
15.     }
    . w# U# l! C2 J5 K7 E1 E
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" \
   0 U  J, m5 {8 z: I
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # L/ m4 w4 ^6 A$ E6 j
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" \
   5 f) e, G) }6 S. j. V+ c! @
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , `! e; {  J2 x, g
7.     printf("preparing header\n");
   # q% u0 j* D. p: N+ E) S' ~
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 K5 O" I# k1 }0 X6 u  L9 A7 e( O
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " h/ c6 y) W) M" [0 S6 h* [
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   - h: D/ {/ W, g0 R1 \
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' J5 L! ?( {% K7 d2 `
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)
   $ T, E8 @8 t& D6 b! k* _6 D7 H1 ]
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   $ @5 y+ [5 W4 l/ y, Q) f' `
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   9 `) X9 }! k" {8 n1 {
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " X1 h$ T; i# z* j% I
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    7 }! y- w+ v, O3 |( T
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 ^# f1 V% W, i6 f: t3 \
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：
3 z$ {3 W5 {: T. T% m

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   6 C% a7 t! v5 E, Q  s3 b
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     W8 q3 u5 g$ t3 ^+ M& S
5.     {
   7 m; F) r, i+ a& F# G2 p) ^
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
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);
    5 l0 F  C. i9 k8 ?! @+ D, P; I
13.     return 0;
    
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. {
   # K" P, s+ e7 A, K% K, i% i4 _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 O# i- g: q* I$ B( h/ Z% k, p
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   0 a/ ?# x8 ^  p7 ?
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    & q6 L, W3 D6 Q, d- l/ `5 V3 I
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . G2 ?7 S& ^( R- H% b
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ; P4 n' U1 ]/ g0 o' Y5 _
18. {
      G( W" _# c/ k9 q
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    & z- D$ f. Q2 U) Z1 Z6 x, z  l# y
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    $ I$ Z0 L2 u) t5 V! W# q) P
26. }

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) c3 S! @+ x( K# Q6 B; q( m9 F  G
# P6 J& e- Q7 h# f) D+ w7 z! J

; Y3 @+ Y* y' t, f. n( P0 I
  Q: w, y9 |+ |iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html