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

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。

% m, c7 n' E! x. l5 B

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。

  
  0 y1 @1 j# X5 \$ Y

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。

. A- h. L2 ~7 D- X6 B, 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)
   3 E. `, r2 Y: A9 p8 v3 @; n9 I/ q
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( U6 H+ \( z; X& K, r
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 O: L* Z1 S  L9 D4 u! s0 V
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   3 x) e+ P- A- u' _6 {
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 ]/ o1 J' G: `, a( N
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ ?# C+ H( m( y+ p
11.         {
    # [( j- x) ]) T- {# y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      v. @& {2 T+ m; |! f
13.             return -1;
    , v( O3 x! s6 A9 V$ {: q8 Q
14.         }
    5 b( f% d( Z4 M1 C; P
15.     int on = 1;
    7 M9 i. z% O! ?( \* d1 _' O
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    , C3 n2 o" k& i3 ^6 I1 L, I  J  q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    $ p/ P1 @- _; P% f9 N2 m1 ?
21.     if(ret == -1)
    % Z: ^  _$ y+ r# S! N$ [" D
22.     {
    5 {8 H+ [! E7 w' L) t/ _
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ; r, M' q5 x! @2 S
25.     }
    ! @3 B3 q$ J0 }" a
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - X1 X  ~" y# O
27.     {
    1 Y- N2 |: R; o, C1 G7 b9 g" i
28.             printf("Listen failed!\n");
    % M: K. g9 M: f
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    9 W; F. J2 ~& W% C5 A
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);
   * x5 F6 T1 q/ m/ {
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   : x2 S& e2 I8 e$ J/ j8 F, X: f
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 |# Q, q8 {) z' n! ^
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + }1 O, s* Y3 y" g
9.     。。。
   : M. r2 A5 o& Y, h2 U2 M- L- S
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " X& T; o6 W3 _+ t
11. }
    + C) l6 s) N; k+ h2 x: i, g) U8 \$ o4 u# j
12. 。。。
    * d5 p  P, ~9 [; y  G
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);
   . o$ y! h/ R$ r+ W" E0 a
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 _+ x' x1 X# S" m) |) `0 }$ `1 N
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # x! H% I8 R! y4 o, J5 _
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;
   : p( M: i* n9 B0 G5 S: J6 ]
2. pthread_cond_t pct;
   5 l7 M4 }) u- {3 Y, {( z4 q: I, t5 e
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ |* k+ H7 ~: J9 V+ R$ S
4. {
   3 i. C+ ~4 U& |5 I( H8 U& N
5. ...
     S# c3 u1 L% Y$ X3 U# A2 \
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   " u' U" [9 ?( {, [1 c
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);
   - [; B; ?( V3 L( I9 s& z
10. ...
    
11.     while(1)
    4 d  j7 s, r' w% X6 T, S- v# ^
12.     {
    . [# F* ]5 ]9 i( l) ?3 D7 N
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    5 W' E; h! _1 P) X
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;">
   7 f3 w; b' l; o9 P
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" \
   9 B( ]3 \6 v4 B# N5 E, U" A( ]
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"
   ( E- x: L  b! L: V4 ^- H- O
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 \
    ( E1 h: j& m& S- x2 D$ H
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 P2 t- R4 ]0 v: k1 G* K
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    , ?  H  J# S8 m. A+ B% y
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" \
   8 p7 I. O( ~% ?
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' h7 m2 t* ~( F! L; m2 K
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ B4 ~  N) f; u6 u
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & H# F. s+ G8 Q& a) p  _
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 O: P5 B5 o0 `5 T
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / a4 \/ `' A) ]) j& C8 f
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! N. Z' I) m: L  `1 c$ f7 D
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。

; r/ g2 |# v# F# ?: P7 e6 T: w  G

5 H! J: b: K1 f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)
   
2. {
   * B: l3 A# a3 [7 L
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ) r5 L* I+ k# l7 {
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . l0 z9 A$ F( N2 i- Q" z7 N8 J
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    2 V: I+ j+ k- P2 B% s
14. }

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7 {' n% t% f" M& O6 C
/ z& c' e. J/ s* C2 r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：

; C1 i! q% ]2 P8 w2 n; F; b1 t
- q) h) K3 f( j1 v

1. while(fend > 0)
   
2. {
   , l- n) h0 {, v' C  n  {
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     l8 r, l) D( H9 A3 S
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   7 q/ S7 a' g9 z) k! O. }
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   7 t/ {0 T; E, M
9. }
   - ?. K% `% z; X0 p0 x+ _
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    2 K% p- C# @" W8 x! [# }+ _# A6 l
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    # S( R' Y; C1 U. d
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ }" Q; e9 K: R' U
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ; R% s$ B# p2 c; L5 h% ]4 _
17. if(sendbytes == -1)
    5 g% n0 Y% [: g( ~/ B" t
18. {
    - m  W( @- q! E
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + Q- Q8 Z) I+ x+ _' a% B5 V4 ]
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    7 J  j  {' U. @! W
25. }
    
26. }

复制代码

1 G; m( S" {: z" k; }
# n& |* m+ e6 B7 S4 J& k4 a/ ^( D. _+ c

: t, ]9 C' U# ]& q0 c! [iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html