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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0 ?5 K/ g) K- U9 u2 D* a

& L) e, X# p0 ]

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- y& a3 V- b' s. c2 j( g
5 q7 X0 \/ w* h

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。

. V0 [( k5 w1 H4 S! k* ^

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。

  
  ) J) j; P1 e) _0 J9 I3 S: 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。

" z& U7 E+ ~4 l2 C/ `: c一、HTTP网页服务器
* E# s, [7 `- S  ~+ C0 j

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. {
   7 {; `$ `3 e7 ?" t/ ~# }- r  ^# r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ; ]# x& ]. s0 C/ M8 Z4 M+ y% L! z
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! u" L& a. T5 s  F  U' Q) l8 _
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   , L/ s% a6 J$ v( x- ~( ?* d$ h
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 F  l) f2 y  n" X/ x& p
11.         {
    6 e9 u4 `0 g$ t" `7 E
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : |% o+ M6 M5 m! I- r
13.             return -1;
    
14.         }
    0 F0 x' F0 a" N  [2 H, ]$ d; ]' w
15.     int on = 1;
    " b$ x. C7 x' ]  H7 K( J1 X
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : {2 _1 \! N7 ^6 ^: I
19.     }
    . k7 I2 Q0 m) @" t* u
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    3 a' p& }* m# v4 p4 x; w
27.     {
    * b7 |7 S6 V9 H3 k
28.             printf("Listen failed!\n");
    # J# c5 ?  o4 u( W+ z
29.             return -1;
    / S' N( }* A; \0 ?; }
30.     }
    0 t3 l2 E, D* N, U
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);
   4 @6 k; ?( K4 m; a& D
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 n- N" h* x+ g1 T% U& C
3. {
   : G" |& d7 q; ~3 I
4. 。。。
   
5. while(1)
   : R$ F/ Z5 s8 I4 z3 O0 ^" T
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / R3 X2 D+ ]/ v7 }1 j& p1 N
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 f3 }! [% g1 p$ C  k1 o
11. }
    " _5 o( o" b. M" n( C
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' c9 g+ a& p. d8 P+ C" S
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 r& u. I: h$ ?, _* K9 ~
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;
   * i/ n/ _) g3 c4 k# X4 _3 d
2. pthread_cond_t pct;
   + a. ^, {- X; j) v) c1 @
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & y4 {4 G; i) k; h# M
5. ...
   ( e) e6 q* [0 b: E& A% Q; l* W
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , a$ T7 H* }0 Q- ~0 e2 B
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    ; p/ W+ y& e4 |, U& X: ~% c) ~
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( s1 E3 j$ u5 g. F* a
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    5 u9 d( L9 P4 D% a
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" \
   
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"
   ' w3 J6 j8 I- I% X' a
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
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 \
    $ s/ g1 B2 E2 E: }# B6 p/ N# i4 j
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    2 m. X9 W: d/ z
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    0 e# X# O2 P* k! ]3 \
16.         free(frame);
    " u; ^3 p6 e8 G( L4 h
17.         return;
    " `/ \% R9 Y% ?  I6 ]
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" \
   4 A% j+ g2 q+ g; w: ~5 B6 ]" ~
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   5 _1 F' E' e* x" P. P
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   - {' I4 i% l- C! y  u
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ; }# C9 p5 w/ n" z
7.             break;
   
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。

( H. |" I% k% Y4 l! e; `( w7 G! _二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
* W2 P0 M- T' M3 X) [

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   / U6 X) X9 F/ [0 F
2. {
   : N) y7 a2 F+ Y/ s! U7 F' }
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( }! v! z+ b7 ~* H6 b3 E6 L6 a3 B
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ) l2 W  [$ x+ e1 f
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);
    / t" \& k9 p  A) I- M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( w1 }/ F) @3 M) u! u
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , F4 E* m2 h1 A
13.     return 0;
    
14. }

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4 s' ~# D  c0 W3 H+ t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：
/ A( A# ~' ?8 S9 Z8 }

5 }" E6 d3 b3 _$ R$ T3 g& j8 d

1. while(fend > 0)
   + R% U5 l+ C+ q7 h
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & [2 e6 C) B& A3 F  u7 \
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " b0 G% {* U: U1 U; ~2 T( E' W3 O* H' a
8. picture.fin = 0;
   4 @% @! [5 R( h/ ^; [6 p; e; W
9. }
   
10. else
    
11. {
    9 t+ {1 L. z: K5 Z1 z2 T
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    % _8 C' c7 n/ ?9 H
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; Z4 R1 t6 Y3 _  w. N; N6 E
20. return -1;
    ! w+ r+ |9 _) x7 {9 `' [
21. }
    
22. else
    9 ~3 k3 I0 J! T1 c5 ^  _
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ' |  M) a& ~$ Q: E/ M$ P8 _' |6 G! D0 n
26. }

复制代码

( Z8 X# s9 @4 Y$ t

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