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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8 I% z( L: V& i& M5 C3 }

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。

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。

  
  " q! ?/ R% t: E3 A: c+ V$ t) f

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。

9 l2 O* ^) [) x7 K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)
   8 K% m* E; w. s6 ?7 _0 A
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 n1 G6 M" p3 V0 Z* X
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   3 t7 E( M! Q, ^9 F- f- f
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) H% f2 q% Z7 c
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! T: i% F& x- p7 @- C" h
11.         {
    . Z0 V( U7 k, i- [! q0 g1 b
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    9 N" B/ U8 p. c
13.             return -1;
    9 [$ K, i# G3 S5 O
14.         }
    
15.     int on = 1;
    7 N+ X0 S! w% f& D7 F5 r
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' ~2 `  Y% d$ K, v. i
17.     {
    % K. F3 E; L. U( h) n5 J
18.         printf("setsockopt error\n");
    * c- h) o/ N" p, n1 T% h/ ^
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    % x( ?3 G' i7 ~& y9 }
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 c6 C1 a) K0 ~/ I9 Z# }
27.     {
    $ Y$ c  E- b# p% P- q
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   & X7 s1 |- R, N! Z+ H$ o
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   : t1 h2 R, D2 x, a7 B0 n' l/ d  i
4. 。。。
   ' f4 S! a. M- K# _: q5 v5 A0 T
5. while(1)
   
6. {
     m& L$ U* G. f3 z5 z2 H, V
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # m% o; ~" q' p6 a& O5 [+ o
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   7 F- }' c% R, z; Y& x* G# K
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    0 |4 x2 r( f$ V$ t
12. 。。。
    7 I# G7 h! q5 i
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;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   2 w1 F5 e+ x" k: R& c2 N
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   % P1 U3 W, M) r: d
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 }* P8 P/ L- O8 e
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)
    ' g, p9 b- [, o4 C# L3 G& T6 V
12.     {
    5 v) m- H2 d4 I- d! Z+ B$ F: F" d8 z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + i, N) z7 k3 r; c0 G) V& X
14. ...
    6 S! G5 a  k: Y4 L
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" \
   ! Y7 H0 o- x) K$ D1 i4 [* B! f
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 w$ a* n( f3 I2 Y  @  A' \
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" \
   " T, r7 m: f4 u# B9 b4 S6 |1 X5 B2 p
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
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 \
    / H/ q' F7 ?& E5 V! M  a+ h
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & G$ @9 e; U) T: q
12.             "\r\n" \
    8 P' I& z3 N  U7 Z- n& f
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 P  o! c, e+ f; v0 N
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 z& t# n& Q, @% d( e; V8 u% E2 K
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   $ X: m0 G5 T6 C5 c
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");
   % Y/ ~' V/ I3 p! m% X( p* o! c
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : i. a7 A, H  }$ ?
7.             break;
   7 K$ t/ B( y) q
8.         printf("sending frame\n");
   3 }3 d8 J7 }3 K1 R8 ^
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ' D9 k3 S( Z' m8 n) {6 A4 \
11.         printf("sending boundary\n");
    6 m: A, V! c* J8 Y9 M" ?5 D- R
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>

复制代码

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。

4 J: o/ {8 e- J1 k二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
# W1 l* X' o2 D5 z& ?

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ( w2 q" D* K% T
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . R! e+ R+ P7 U; m+ V* z0 l( u
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 S: o. N+ v: S$ ~) {8 M' m1 ]
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & I' {) r% K# E' ]) M* p/ u, E) O' @
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    % a; e# {! Z3 R2 k
13.     return 0;
    1 e! ^: E5 n! q: V6 Z
14. }

复制代码

  X6 J% j, D. m: x8 n5 q
, P3 `0 j4 m! K8 ^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 ^3 l' x) x) p' ]2 e
" J* u3 M; e/ m
% W  x6 x' [! M+ F0 `: j0 D, J& G

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
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. }
   ) b( V& l: ?6 N0 \/ F! i# v# x  P
10. else
    
11. {
    ) b2 \/ u0 b, Q7 M
12. picture.length = fend;
    : F* X2 J( g9 A: _1 @3 I( l# `6 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);
    ' @" T2 }' H( {$ U( n2 a
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    9 g" O9 {$ q& I1 F/ x' T& C
23. {
    ; \5 ?3 }, g+ p8 a* n' e
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

+ `2 K  h: X5 }3 d9 W4 Y! K2 t! s

: }( b. ]* }0 Y- n3 w2 a# K4 yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html