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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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

# v2 L* s- l8 I$ U( T6 ?9 [8 j% s2 |0 _

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。

+ }# P; ?4 k  M  l8 O; r

" F7 ^7 ^2 o% b9 z

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。

  
  / }4 \- m! T# e% |% l) c# \7 I1 e

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. {
   # s3 r* t! a2 j- k1 C+ x- O9 W
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 H* G8 b' x2 I, e# R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   & Y/ G+ n) d! e. f$ E
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 N+ T. |! M) P- m; q! i
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # W4 x$ h7 m/ f- E
9.     int ret;
   ( z1 y3 w, X/ l, t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    . e) Q3 x& ?' E) q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    1 M  A, E6 E; E0 a0 X( t
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # Z( L- i  Q3 F0 c' `0 r
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    9 H2 J0 A- B2 ~- p6 F  \9 w  B: Y, K
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    9 Y" x3 x8 }( x! N7 W6 Z5 r( P* z; y
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    - V: [# T4 L2 c" U
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 h' Z( ~8 m( O% N
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    2 _5 P3 p$ k+ t9 F2 y
29.             return -1;
    
30.     }
    3 x+ }& ~+ P" M5 |7 h% a+ g
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. {
   - b1 G+ b1 o$ |- f0 X  b: \, h
4. 。。。
   - d: q& M9 W, q; F
5. while(1)
   2 W3 x& S' t4 H, R
6. {
   4 D$ B0 m! O9 T( b" K; }, [7 R
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + h  V6 g  [/ ^  y# Z; O" f
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   : x' y3 u  w. z; b( x
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    8 X, Y! H- c9 h3 j; R
11. }
    
12. 。。。
    8 O8 T! k6 ]: Z/ w8 v
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);
   # ]% [6 t" `- q) L0 R& v7 f
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & |4 n  F! T0 u) X( V5 F
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;
   % Y* n3 @, A% c* |+ J4 d$ M$ b
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   + }; ^" I4 M# y5 J/ i" h
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);
   3 j, B1 S3 u1 z- ^6 v) W
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   * X. r+ Y+ U6 R( f
10. ...
    " e3 F! \7 V8 ?  V$ X
11.     while(1)
    7 N; p$ q. M! q+ _
12.     {
    $ L7 H) D$ y2 H, Z% S
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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;">
   
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" \
   5 E! g% `# _- `4 y
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" \
   7 x. {3 a7 p, h1 O
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' Z! ^& @5 k$ d5 T% f4 v8 [
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( I: g& G. j8 N5 n' G
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : ]$ p' v; X) ?  d0 t) S, h
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    0 Y5 k; T# e2 N2 ~
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" \
   - M1 r" T# V- m- {& g  i3 e
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   4 u/ ?6 s$ U' M1 b
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & b- n( r% W2 c6 E8 J
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - w) |. U) g: J: P6 m0 Q
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ' n" k! k$ G  y2 T- u  ?- _8 i
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。

8 m6 D+ [* n7 f+ G) |: t+ h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)
   $ H$ I8 M0 z+ \2 N1 J
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! a( [7 h* j( \- w
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ; a+ |3 m& b: a
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   , `% @$ n  q; U) S
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( u- f- u/ f4 W+ S5 m( m# T
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

% A1 c& n0 l6 h+ \9 w" a7 h* Z) p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：
$ ?. }- W& H! t) ~
: |  ]; ~, @# Q; h
+ }/ c" Y& j6 M& r8 Y/ A( W, D6 X

1. while(fend > 0)
   : b4 D. `% v' @# V9 f
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 E3 I: S0 q8 O  M% x$ a
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & v! ]" g% ]& n/ n% B& k
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   . W/ w- f6 t  F7 y) q" L; U* s
9. }
   3 U, u2 @9 W. X2 A" \  g$ H1 _
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    , u7 a2 ~. S' U2 v( ~1 C
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * L$ \7 k' w# u4 D+ |
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    , p2 u3 W- o5 A
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , o" M% S9 c( a- J- U+ ^
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    5 K1 M  E- B. |& Y* o8 E- h
23. {
    : ^! j( P. q: U3 B, a7 k
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    * I/ \& o# s& @( A( P3 k" T7 L
26. }

复制代码

8 |3 h0 Z% J6 g& l2 n9 M* a

0 c1 I" D' x  }% [: L
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html