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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2 h( X" c' u8 l% \! \

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' O/ _9 W2 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。

" t( r# D: r4 C) X1 O+ M: G

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。

' E' O3 z% i# A/ |一、HTTP网页服务器
) c% W, x, u5 i" ?

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)
   1 [1 z. w- W9 e# c! V& o0 ?* ]0 ~
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " [2 A4 b2 Q: j$ f" S, C! h. ?' y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # ]0 L- r7 Q# n$ H* N5 J
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , J: R$ T) D  g8 q( }( C# a  k
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     y1 _- T. ]" ^/ X& Z) Q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    * p5 Z7 _& t2 l' P
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    0 B' c  t, e' d3 E& d/ h* P3 n
15.     int on = 1;
    , k5 h. [/ K+ T
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) E' [, d7 y7 O: T
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    : i' ^3 }4 Y# @! l: r
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # P: x; R9 w2 W, e
24.             return -1;
    : l) K! X/ t$ _6 c! s& I+ d
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ' P& V9 e$ ?  ^" o
27.     {
    5 B- D8 v8 ?6 ]+ U. X) @
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    5 j/ K1 Y9 T& b. R3 S/ M
30.     }
    1 ]& P! p9 d; G3 a- S( s
31.     return 0;
    & `2 t6 h5 K# h9 K
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);
   6 r4 y2 s+ V2 U7 X) [
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ; y. Y* R. Z2 c
3. {
   
4. 。。。
   + K! D+ I" N& ^4 C) S- `
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");
   . V1 w* J. B% G% E
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    , Z# V) |- n& W9 [: D
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;
   % s& Y9 z* \) O/ ~- K
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 _9 m1 C" H$ O0 ]
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # a* ?3 a# T' C
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   1 U4 a- F4 L8 C, m1 g3 s% x) r* N
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;
   4 c9 i) T* J. Q! ^4 h( J( ^% i: A. V# {* {
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
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);
   ( m0 f/ m6 {* ]; ]% t7 J/ b
10. ...
    + h: N$ A+ o9 K$ s) `! b4 @/ |3 B
11.     while(1)
    " T+ o! `3 w- l
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      t) z/ w1 `2 y9 f
14. ...
    
15.     }
    4 n9 ~$ c# Y3 Y6 Q: s7 I( {
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;">
   : E' B+ L: {* y6 l$ ?
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" \
   % t2 O  ^' ?* R2 x3 ?7 y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ( _! N( ~# u" j+ {* |/ D
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" \
   ; u2 c7 j+ L1 e% F+ W
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   & a  B- V3 o4 L" N
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   # i$ d& U. s0 M
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ( k" {" @. z. ~, m# c8 ?
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 k" ~+ s8 }. J& i
15.     {
    & G* e- n# N1 u! v. p$ y
16.         free(frame);
    ! G1 n) U+ I* {6 j; |4 P2 d
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     v9 v/ F# j+ D! v' ?+ v
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ; O3 G( k- z/ ~' v
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    4 p% u4 U6 x% T" P0 q* ]+ }4 R2 f
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 }* C' G! r) ^2 w  z) ?0 V
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。

$ h0 `" f  y/ N# I2 w) g1 `

3 l% L/ C$ {. M. B  ^, e二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ p& m) }8 t! `4 S9 Q8 o" u

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # M% `6 S/ H! O& i
4.     if(*socket_found == (~0))
   - i" t/ e0 x. c& I* A* Z. C
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , o7 j! o8 t1 E; y
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; y: \: k! u! a+ A; [! U6 s$ e
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      L. H. d2 @6 V
11.     addr->sin_port = htons(port);
      a9 V' g8 E1 y$ \7 {" k/ q% b
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    * L* f! y! D9 h4 @$ T4 C: M& _1 Y
14. }

复制代码

! J2 V3 Q. R! N: P
" _5 S' i' ~! S5 Z( R& 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：
6 F, v" M5 E) G$ W6 w3 u6 R! R, s) l
# P5 c' o# Y# d8 D% P( \
1 \8 u: K* r2 V$ S0 `1 n5 r  s

1. while(fend > 0)
   , X* T" J* h) v0 a% U/ h9 n
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   2 i* W: j6 O9 j) S6 k
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! |8 Z0 a3 w# ]; k
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   . y8 j. ?- h. r  |. T) J
6. {
   ; {4 ^) C" G9 K" B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    / C# q! A- q% [, s, e4 f! h  w
14. }
    2 f- A! n( M: A  K
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # R) F5 E( M% Z$ A# w  k& n, `2 m
17. if(sendbytes == -1)
    + |; w2 w, a* G0 x( v9 {
18. {
    8 O3 a; a3 P/ X, g3 ^
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - U; x5 O4 I+ R6 t# c
20. return -1;
    8 U- q. o: V2 W7 |
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ' Q  n7 S& `1 M# B2 R+ K9 u
26. }

复制代码

! i' Z! m9 P: N) d, k2 p

: N7 z5 n# f3 d/ V. M% A, A+ [
- y' L, O# p! c! z0 ~. iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html