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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6 X& d( `- \8 t

* p6 U1 S5 X2 A2 t+ T7 i2 l  P* [

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。

% J+ ]0 g$ X5 v/ a8 E# A

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
7 w) |% w6 G% z" _

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)
   ! V! V& S( H; H
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   6 F' w4 k% D3 A. a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 I) _8 I, b' Y# i
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 F& g  ?$ x8 R
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   / [$ b- `' i6 e6 z
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ! F0 |0 H% l; {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 p2 }* r) [3 [) r; q4 a! f; m
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / ^: d! j  k1 M4 O+ u; h. Q6 \  ]
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    $ P2 A8 U1 f# D: `3 X
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' g7 l8 v$ v4 \# w2 z
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    2 q! h' `/ [, c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    # S$ Y, O. r: R" e7 x  M) U* \, m
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 n+ d+ j5 p# x" w/ v
29.             return -1;
    
30.     }
    7 L" s$ d: I: p5 ]+ J) a  Y3 D2 @
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)
   : Y% r' a, M# E. f0 c7 p
3. {
   + V& M* r( H4 Y
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");
   2 X# u0 ~0 [9 Y/ I7 H! t2 p, ~
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " v) E/ e1 a3 d, X4 Y5 ~4 N
11. }
    
12. 。。。
    5 K2 x6 E. o/ j* _& M% r3 A
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);
   7 \2 K. o2 [( b& |8 K% G
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   / A! F  W1 f7 ?* c; D- q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 P% o8 p$ j) |4 P
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , o- h% u) O7 t, D6 V3 q
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;
   0 ^; Q. v: E: r8 n" r" U( E" l
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   4 l, ?# J3 G  j2 W1 [5 H4 h
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' C- {! [/ T' P; L; d
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   & v' k4 t" B6 y. ]( G
10. ...
    - c, P8 F# u$ R  i4 Z: ^
11.     while(1)
    ! V0 i5 y7 L$ _0 M" l: ^
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ; A  O/ F& f7 g& v
15.     }
    ) q4 F* b5 N" q" j7 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" \
   * V) e4 o( d! H
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ' j; B6 N5 G. U) U! u
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" \
   : C: i4 E5 [$ b3 }$ R7 d' h- H
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' ^$ r5 `2 L0 c& }- e6 Q
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   " c) [1 n: K- @
10.             STD_HEADER \
    ( }+ n* T6 \$ f5 e- s
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 r( s- e! c1 v5 V7 k. [7 m
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; \0 c8 }4 a" n/ b
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 Q: E/ ~1 q: ^
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" \
   + C) G6 K0 O, S+ f, L
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( G2 U; \% Z# T) U9 s) p8 F5 \. R
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . Z* J4 B" p* e) y1 H/ f8 `
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   1 b& J" F4 D! k7 B( j) ?+ v# F. Z' M
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ( K+ f% ?# _& T% n# R
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");
    + X$ A9 B- ]) ]* ^/ v
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ \5 b7 ]' k% s9 w8 I1 ]- g
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。

$ S$ l# P" U% ?+ V- r. F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)
   8 p( u, u# t. W1 f2 |' Z3 Z/ Q+ L
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : Y0 w8 u# _& V; }' ?
4.     if(*socket_found == (~0))
   9 I1 g4 g! g2 J' l* P
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : u. g7 q  g& Z
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / y& `/ z: N; T
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! G. Y8 p, `3 F2 L& G
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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; Y8 P  ^" V, V& K/ S
: }, r1 A& f5 M: {. 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：

8 o  k' |# c) B) ~( [% P" I: u

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) d$ N4 w  R* z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   0 ^  `3 @# _/ V2 x
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + }/ S5 d+ D% @! F
8. picture.fin = 0;
   . e0 `. w0 V! C- ^$ {" l# h
9. }
   ) W( G4 R/ ]1 b  E
10. else
    
11. {
    7 s' a# a% V* m  a4 q
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    6 ?6 m/ g( y3 o3 T0 c8 ?0 a/ z" L) W+ e2 p
14. }
    2 S: q3 ~+ H9 ^1 W& n) O, J
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      D( G4 M7 e' c$ M! u
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ' {4 c* S: \+ t; s) W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & s9 o9 O" J7 f' Q1 d
20. return -1;
    ( `7 o) O+ y% ~* D
21. }
    ) n6 z1 Q$ Y( H) k+ v; {
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + f( W( ]) N" p4 S
25. }
    # M* C* ~7 m/ ?0 r! x  o. q
26. }

复制代码

! P1 Y3 D' A' h  n9 D
4 T4 q8 Z- D0 s/ `3 uiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html