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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; {  l* R' Y  |
3 G+ x; J8 A+ ^, S; w  x8 F

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
. Z$ T6 p- M8 ?' A2 T! e
: i! j! z3 m" W

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。

! h' Q4 {6 j3 B  B( u1 r2 W# q

2 O1 N( a0 E8 g0 u6 T: v

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。

  
  % i! ?3 N. t1 U% `6 m

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。

! Z; Y5 E; W, h4 U) c, R1 x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)
     U. Y( v# H, D. u% _  \
2. {
   $ [) l! Y0 @  \& B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( B7 w$ A, }2 m- e* y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & A  P/ J$ n, o
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 b5 ?) h$ F3 d0 w, J) A+ W* V9 [) n
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   " i9 g9 `6 b7 M! X( X; K
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! m/ Q" N  [6 s' b+ K
11.         {
    ) K0 }$ @8 R' l3 a
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    & ?) L  s. ~! s2 ~( D! y' t3 u
13.             return -1;
    5 Z1 y2 C/ X3 {, ^1 Y( g2 t
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / L: T- q% C1 A
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 E$ b* A: Q8 ?4 e* v8 P, h# N
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 n( E) s9 }! `6 s
24.             return -1;
    - D( L$ n# k+ y1 N0 ], R# q/ y- }5 R
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    . E8 d# R" I+ G
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
      A/ ~! }. c% L& v& i5 @0 n
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. {
   ' b9 e! a3 y% f# q: X. e, ~
4. 。。。
   9 `& ^  Z& L# d9 t$ {# a
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");
   ! d( h' q* R+ Q* n8 R: M) `
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
      t& S! N; w) w3 W  w; Z* \4 i6 G
12. 。。。
    # {0 t$ [" p# u( i0 q& w% |7 ]! n
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;
   4 \$ s0 X  D# J) _
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % `, W1 D+ K5 i- T" w/ V  }
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 ], H, S' X5 p' N" b
3. int main(int argc, char* argv[])
   + f4 T% a2 c5 O0 n) ^% P' C, v
4. {
   0 g$ @' E2 |; z& `
5. ...
   
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ' s% x7 H) U" K! z( h: S7 }9 X
10. ...
    # m2 N6 c. s6 L& k* M) H2 _3 X
11.     while(1)
    8 t+ E! X5 W+ A" K0 @+ ~. h" q
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; V- w, g9 x' `# C' C
14. ...
    . Y) g( m) `" E+ ~6 r8 K- S; O
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;">
   4 q. [0 t( W4 ?3 U; 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" \
   / r0 Q  }5 T3 v# |
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   * ^( C+ c* N& {% d) d/ X
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) |- }" y+ L; N5 e& p. Q5 A, |9 n
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 \
    % B6 G% b( K) C. R  x
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    * T/ v( ?1 G. y! K8 d! Y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * O; Y; n+ w  G' t# H  F: p
16.         free(frame);
    
17.         return;
    - s$ Z- G# g/ p6 m
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" \
   5 F8 F5 E0 a: N' v9 n
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 s! G0 S3 W4 E3 }/ B7 a, z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . Z$ O; c3 F+ K8 b/ m- K1 N
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   7 y+ @9 T7 m- ]
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & m6 D* ^; M( I: O
8.         printf("sending frame\n");
   ! x: }: f6 q2 [0 R
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    # P* W5 q; a; J. Y2 ~! A+ f
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 I6 @  V9 r: u8 f6 a
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)
   3 m  }. X1 U4 t4 h* `( S
2. {
   9 _1 M5 Y. L, o+ ?9 A+ g+ Q, m% D
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 a$ J4 o% Z0 r1 _% D" M
4.     if(*socket_found == (~0))
   % t) R' F1 A! Z
5.     {
   ! W9 q1 {! p2 m9 f& a( u
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
     n* y* @/ r; G9 n0 {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 o, H. K2 N, i/ l
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % o5 n& H1 a5 e6 T: \
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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# B% l. }  e* X/ c9 r; q
6 ?7 A+ f& Z' _5 c5 o% B& E- J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：
( n3 Q! T+ D9 y" W2 }
! D5 d5 u/ X; G- R7 d* f

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! W% L, A$ C* N$ i- |9 p1 n
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;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ) \- @' `0 P2 O* T7 Y4 T" O
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    * l( L- q* {1 ]4 x* G1 v& z" e+ S0 N# P
14. }
    . R8 v# ^% [3 s( |1 g5 t
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ( E( h9 \6 b# J( W7 g. j
18. {
    / d/ a. X! c/ P; T
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
      G: ^, V, y( J3 @7 k
22. else
    8 L$ x/ f/ {$ A! E6 d# g
23. {
      ~- b* I2 E4 p( X8 F
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

+ E. L. j/ n  I. g9 {1 diMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html