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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- _- r. b% ?# Y+ p" F

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。

3 I9 }4 `/ w5 N) L5 g0 _/ _

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。

  
  9 O+ ]% y' [6 |

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)
   ! z+ d+ p$ A/ r# ?. k8 A7 n. S
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   8 c; o2 R/ R, o# \6 u0 B9 n8 {
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   5 n5 H3 z. U8 T1 `! h, x7 S
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   : t9 y! G# q' m4 h5 \1 T
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     I3 i' O) e' `. {! N! J" I. [
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   8 o! ~5 o$ @8 M3 ?( {+ j
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / {1 O: ~6 G% ^6 u8 x  [/ O
13.             return -1;
    & p, e8 w' D+ _* R% u, D
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! R- F2 y% q5 Z+ {. W! [3 k, c
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    7 V+ |' q3 w7 t# K2 |
22.     {
    / |9 m% b1 q% w
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    " ]" D1 v4 Y- k+ _9 z: U1 N
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    , \8 c8 j7 b7 @, G  f/ O3 K1 s
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    4 j# O0 D& |: ~8 V* ^
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. {
   - O8 L$ B$ V3 `3 W, e+ ]
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ; g3 [& L* X) a" v- F" a8 a
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 p0 F9 }! `8 X- R+ ?
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , t# }& o. Z- W( d' L; d
11. }
    . J) b1 W* M0 I: I
12. 。。。
    3 U( Z- C% N( L/ u
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);
   & |* p' t) b9 H8 l! c
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 e- G: h& d" Z4 }. r7 l2 M
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   & i% H6 H) @' m" o% z
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;
   , p1 i) B. m: ~% q4 I/ `
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 r# q% R! J9 e$ h0 g
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 R8 g/ S) k5 V) c5 y
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. ...
    + n- {' p. s7 I- S1 s
11.     while(1)
    
12.     {
    
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;">
   $ [; ?6 U) C- y' f2 B" l4 V
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" \
   ) J0 D. q5 ?# @5 A/ S" N9 G7 }
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ! q& s- A% v1 b6 X/ o
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"
   $ J2 ]( n' h+ |. R" C; i; f
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   7 v- m+ s& V0 E7 `) ?: @
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   # K4 c7 f0 G7 c5 v# g  l9 u
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   1 o4 S# t; d( J. W2 F! f0 v
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - u& L* C5 Z0 w/ {. }9 P2 Y1 O; ]1 E' U2 e
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' f- E7 p% _0 Z" C; Z
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 e- Y0 V5 K" K( b) s
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" \
   . D' O6 U! G8 |; [. }
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)
   # p  `" ^0 ~; m% O7 ^
7.             break;
   9 W/ [" O. H4 U5 _# C
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - y- }* K9 c- F, d" h
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    - t3 M4 \% ]6 K4 P4 e" e* I
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , E! \5 p: U/ w* r* C' c
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! g! y* m  }. r9 @/ B
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。

0 d. S$ P7 d& k6 v4 x

' F, M* `; ^. {8 N. }二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ x* \+ z* c( w: s7 \

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   2 ~. t7 {" L+ z& h, C( C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   0 j  |/ e8 I5 u1 O8 _2 r* I5 i
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ; e* T9 R- P( P
8.     }
   2 U- X9 ]; Q$ s; [! |
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   & N" ?  G+ L8 }0 {+ t
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , z) t# E2 o) Z6 D; f: F
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 |/ w( H0 Y" l4 f' }
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    9 s; ]) D: l5 s, m
14. }

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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 r1 z5 m; R0 A. J2 k, Y0 {

1. while(fend > 0)
   6 h) y; `/ i5 x: f
2. {
   2 z: C% x: Q, r+ X9 s$ m0 A
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   % |/ o8 q; Y6 W# e" D' V
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 S4 X% q* v; S* S0 \9 {( ]
8. picture.fin = 0;
   * s' z) w+ z6 @5 Q, Q' }5 W- `6 K
9. }
   . h/ M% O6 V5 g0 D# t& I
10. else
    2 O) b* d4 L8 k; F/ R) L
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # @2 d: L. K$ _
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 @4 c) S* r- ^* T+ f( f
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    # j# g$ e, \0 ?4 R
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 T# o  K+ o) |6 C+ D5 ^
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

6 v. F8 E- Q3 i

) P) }. o+ c+ G& a0 o
9 _$ B# r( ?( l$ f$ _) A$ P% TiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html