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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. V" D# u* x+ n  T/ S, f- O

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

! {  f0 [4 r+ v+ s$ 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。

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 z8 X0 F" z0 R( j6 i

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。

! c5 e8 a* ^; V2 j! L一、HTTP网页服务器
& T+ M* L( u2 K0 [  k

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. {
   5 }* H. z7 A6 j
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     D* B: r& t& l( z4 d+ H
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! n2 d* j9 ~! x" {3 w$ F' i
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % W; \9 P; m2 H
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : g6 L" t* z* _1 s: n( N
11.         {
      O4 x/ E. F9 L% f
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ) w- H0 W) F- N% e/ C: P' L
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 u8 Y- P8 b9 x& G+ y, n
17.     {
    0 Y* a; r1 f5 B$ a: n
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ) |! V! o/ `# [% W, b2 E
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ; ]/ \5 [3 Y  V
24.             return -1;
      _# W5 U  ~" _
25.     }
    1 \; _! a9 J4 G% J0 s4 k' _- ?
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 N8 z( U8 Y; H+ k7 @
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 X* w9 M' J; W
29.             return -1;
    ' f4 A, G2 Z8 q8 B; K" ?& J
30.     }
    ( ^% Z( ?, F; M# _
31.     return 0;
    , Z% J" b2 C4 }
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. {
   ( j% H/ h% x" U" Y
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & T1 L& K# N3 t- A( ^! I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 h# V& U4 a, x! N. X9 Z/ I
9.     。。。
   9 z2 T" g: d( r: d3 f9 [
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   0 T4 a. Q% b4 [; n# @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 \, J" L; y2 b+ g! ~9 U
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / Z5 }; f+ q8 o2 p4 u
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   2 k: U# k6 X$ k
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;
   9 e3 Q* A: |" |8 `
3. int main(int argc, char* argv[])
   7 U9 `( Y3 n9 p
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 G; t' W6 p* {, `0 e4 D
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + S4 ?0 x; F4 J! E
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);
   & X+ Z" t9 C( Q" X7 o
10. ...
    / Q" ~7 k* q' x9 t7 ]& c
11.     while(1)
    4 D( g! p- w- V
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ( }. ^$ w1 _7 V+ x2 Q. t0 }  l" @. i2 E8 n
15.     }
    
16. ...
    ( C7 M% [! Z3 ^! L5 U
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;">
   # p4 v* Z! w6 E$ S
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" \
   ( W# ~/ {0 e" ?& K) O6 l8 L3 s
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   9 E" n7 c% i; V1 b+ X4 x1 n
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   2 L7 p# J. {* [0 g' v
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 F" k+ g! }3 E; c/ P: q( {) L
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    9 f) o/ [, s; v9 t
12.             "\r\n" \
    " C9 q9 [: P! s8 q( Y# l0 ^
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 T4 p: I9 j/ Y( C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    . k- z. j4 P9 T
17.         return;
    5 I. c! I8 |3 G; b. a. [
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" \
   & ^' e! z2 J7 y+ t/ H; y
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");
   
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;
    % B$ q" r: n9 ^* l4 o
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : D4 S2 [" {' @% c/ {( R8 [8 ~. p
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。

, B& G$ R/ g% t( R

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 ~3 c1 e: r' E9 D5 t/ E; d4 z

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   1 Y( v3 h7 t* C7 l. H
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 L3 D; x. t5 L0 E* \( w# N
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   " h) E: N8 b7 q
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   $ ]6 Q2 T" N1 |8 z- h( T
8.     }
   2 r; Y4 |) _: n* N# A6 h; S
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    % q+ j# z( y" f0 D6 X+ [
13.     return 0;
    
14. }

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+ Q* m. r0 F( K1 I$ {( {! a2 s
( n% c& J' `7 {! @; |6 ^% C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：
1 q8 {! V5 D" R! c: t4 g

9 [3 S5 p$ g! U; ]7 j/ ]5 Q/ D4 q8 {1 ~

1. while(fend > 0)
   * ~3 k5 e1 I1 ^1 ~6 m
2. {
   ) |1 f0 H/ c& [" Z) B
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   $ p8 Y4 v3 F" \4 {! S1 S
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    - i3 M3 M, p# A5 C6 F- W
11. {
    ) E+ ~. [& H  I; }; j& g9 v
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    1 H& q$ W# ~: [8 Z: E
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. {
    1 O" q' y% @$ v, V) D
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    : N9 Y7 I5 p" p7 b+ e8 K& I( s# r
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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2 H* I8 ^( x# ~3 j4 g5 O! o9 q3 v( c

( _6 D, l: P! P
; T" E2 ~! V8 biMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html