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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' k! ]/ H, ^3 {1 D

) v  T% f4 b: M7 `5 Q

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

% G. T; ]0 L- U- c7 J( u

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。

9 D2 ]/ l$ ^% G1 U! f" J

2 Y- F# x/ f# e

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 d2 S9 p9 Q7 V+ T6 f5 u& k

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。

7 D0 V/ S1 J9 D( T2 o! h7 D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)
   7 U4 T' ^5 p/ A3 k- E8 _+ m' j! |
2. {
   4 G* Y# l6 {3 {
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   : R* A3 I, s$ o% h. i- F( p, Z, V
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 @! x3 s1 t0 `. z3 J
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   - h; K( |! z" |
9.     int ret;
   : Q; p7 e; ]4 h( M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " h5 {! ^( S! [( r
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ' {4 N8 x. u# N" i3 W4 t) h
14.         }
    / y% l" O3 S: L% I( s8 U
15.     int on = 1;
    2 b$ A$ j* T: {% b, Y5 g1 j- I# J/ n
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    8 N5 t3 ?/ o( v* N" a
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    : `5 h8 G8 ^7 H5 ^& n7 }: k( M$ X- v
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % t/ h# b$ Q* \' Y* j. S
24.             return -1;
    $ z7 {; ~) G$ w: E
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    * d1 y) E: R; D9 c- n
30.     }
    1 A8 B% I7 R0 L: r
31.     return 0;
    # }- w# Y4 p9 w. k6 ~
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)
   * ]( p. W! U: i5 |0 S
3. {
   ( |; ^# g  c4 v5 E
4. 。。。
   : C) S- h! l* e6 C& |( z: P
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");
   # W8 g& Y( q2 c8 A' K
9.     。。。
   9 @3 I3 K) h" `- W7 k
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    
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);
   8 N6 E5 t, m- A( i6 v2 d% m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 x8 |& b# M, V( C
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 N# l  |* G1 M/ J$ d: a$ w) U
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;
   $ o) ]0 F. y- t2 p" \+ v* }
2. pthread_cond_t pct;
   3 j$ m6 p' l3 m9 q
3. int main(int argc, char* argv[])
   ! H2 z, L/ i8 W) a0 T+ \
4. {
   : a/ L6 U, l# j" c( Y7 W
5. ...
   # k, {  l( h4 h
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);
   & i0 k. O: L$ o7 l! L2 H
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   * e/ k3 m% S6 n8 t
10. ...
    , w2 V0 E- X- I1 g
11.     while(1)
    
12.     {
    , k, g7 t( A% [0 N
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    8 L' I+ K& c  o; L/ C! e) d- O
15.     }
      z! ~: R( z. a4 e& a
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" \
   ) o9 [) n$ D& T8 {
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" \
   . k% B. B4 q) s! N
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 g& q0 _& j8 J
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 R, S7 u4 l6 N! i
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    3 H3 m# @" H% M7 M
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 h8 B# h# _5 Q7 u" [$ C
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    5 c  e; u' v5 g: s9 x2 p0 Q
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" \
   / `% c, o: E/ Q' M: u- d) x
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   : m1 q3 Q, `  f
8.         printf("sending frame\n");
   
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)
    
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)
   . O- T6 l8 x9 s) W
2. {
   # v% y) d  H/ ^$ N' g
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 T$ s& c: D. r# A! S
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   . o  B  Y1 m. m% [
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
     D# k- H& H* ^6 T
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' y# e9 O" m' P, ^; [- B4 J
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ; `1 {  p4 ?$ K6 r+ V" }3 |
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)
   6 m4 e/ u- n4 @
2. {
     n! \8 O8 C7 M% a  V% P
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;
   / C0 I: Y3 U) N' L! Q! }
8. picture.fin = 0;
   7 c( n% n# w8 ^" Q( m) F% p+ d4 A
9. }
   # Z9 q' A2 `; K
10. else
    
11. {
    + ~& A' j5 c- S8 i$ q2 U
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ( u+ j/ h- A2 h3 L8 D# S# F
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 }; n# u: F3 E2 T
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ' q, N: F; b$ Z9 \2 I' x( N  G
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    7 ]6 [4 A! }6 I" L# q5 c
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

8 \& x. o, n8 T% P: @/ \
4 ^" u# E4 b) I- t

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