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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$ F7 `" z3 Z/ T% E1 t5 {9 @

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
' F. f# P' H! Y- M

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。

4 O; ^& e' `! X) s! @; ~0 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。

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;
   7 A' i" `7 P) `0 D7 y2 j( R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   1 ~0 N( w1 ~0 w  ~4 v
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   + F1 p6 u/ x" T- T
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ' _4 J! M2 }! @, J' m
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , W- _# P+ C, _) r: E# z3 W
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * P; P8 B# u/ h" u$ T
9.     int ret;
   , g( p3 k' Z% f* N* G, b$ `
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 s/ F, W) b  R3 C+ T
11.         {
    1 y: S, A9 k# n4 D2 v6 N4 e
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 z3 e+ \( i3 g& U8 X$ d
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    1 {/ R1 p! M/ k/ t. B4 V1 ?1 J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( s: ?5 c: X+ T- n/ F
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    1 p! ]; @: V( G: Q
21.     if(ret == -1)
    + e0 i1 `5 O& T% p6 u# W" k
22.     {
    1 G! Z' G# `9 ]: a# m& u, j
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    / v& e3 X! L6 I" }1 W: Y! C6 O0 h
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    $ |' K- x$ Y/ d) |
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    8 H" ^5 N- S4 P& j. w! |9 C
29.             return -1;
    
30.     }
    ( J; t# k( W+ S* ^( ]& p; q9 m
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   2 N5 Z' N: i- X. Y- q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   $ f2 j. s2 X' g. J- n+ j2 [
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    $ w4 Q% P9 F+ L9 E3 y/ h
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);
   / ^/ Y  F" Y- P
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   + E8 C. U1 |/ N) E4 }9 G* \- P& Q, L
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ; v$ ?) V* ~; n' W0 U3 H8 ]1 z
5. ...
   ) z* E3 ~0 B8 v5 [
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   : ^  ~6 r7 S7 l
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ! I. A/ [$ k/ I
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   2 B& ]$ d# T6 K
10. ...
    $ _2 @4 m0 z  g3 g
11.     while(1)
    5 T7 Q% ^+ Z. b' v1 ~: X  R4 t
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    . B+ K9 I, z2 S4 y! z# x
15.     }
    ' C5 t+ ~5 X# R; V+ c& h" D! o( 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;">
   4 L8 C* I+ ~% A# D; E& O2 Y
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" \
   3 k/ P/ o) U: s8 r# ?
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" \
   + x+ `, e6 i4 H* }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - A" W  c5 c8 u0 Y1 Q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' W* Z7 _( q3 l8 u
7.     printf("preparing header\n");
   
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" \
    
12.             "\r\n" \
    : {  Z8 ^$ E, z' S$ [4 _; |# A
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " q7 G' w! P$ B
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 u. J- o- {/ G* H5 K
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   & g3 i- D  H8 ^
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   " S! i6 s$ K& }: m1 V
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
   4 M+ A" g8 n; O$ e& G5 p8 k" _6 g
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 Y3 c0 B- s% y. Y; v3 ]
10.             break;
      |& i2 W* {: Y6 W
11.         printf("sending boundary\n");
    " ^7 i: D8 C- ?5 [
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . w+ P1 y* a/ T3 m) r
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 f, k, ?& V7 O6 |7 a  _8 w
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)
   
2. {
   ' Y3 W: ?7 X+ ~- O. p2 m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   5 s! ^: O: p+ S- c
5.     {
   ' M8 I" s6 V' |) w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ( K! K# f3 e, p. ?3 ]3 ]* a# v4 [+ G3 e' P
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);
    & B& V/ J0 J7 b8 C0 q) V# U
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 m+ ]0 Z$ w( D8 t' I
13.     return 0;
    ( S2 w% ~* [4 H( C$ \& D" r
14. }

复制代码

1 y( X, l- U# g2 u" w# h6 Y4 L" O2 R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：
# `( n% h4 l$ D0 D  {& L& L

$ e% j) W1 g6 f) P- b

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ |1 y3 Y2 ?( W/ T# X* _* `8 \' Q7 r
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( I& N( R% M! F4 T) m
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 k% q6 v( M$ x% t
6. {
   9 T0 X) O4 b$ K0 i8 A( M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & ]1 @+ M$ ]& }5 z7 B# h3 q
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   # X6 |; E6 ^& A
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    4 p' j4 L7 n' v+ v; H8 a7 h
14. }
    ( d/ Z6 c6 Z2 z" ]
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 w. K- A' d' X0 G% S
17. if(sendbytes == -1)
    " v6 V# w8 H6 l- k
18. {
      O2 B% G4 O1 }4 Q: v+ ^, {* T( Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    . u6 l- ^( x+ [+ \3 b+ N6 E
22. else
    
23. {
    8 g: t! P- q$ |( f
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , _- o/ k6 D" j  K" O5 p
25. }
    
26. }

复制代码

$ T4 ]+ U) [; T( i
1 x1 m" k5 A' g. |) \

' m7 L' O! W  N$ s& Z
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html