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)

飞凌-marketing

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。

& |& u- x) h, e/ P+ R7 v2 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。

  
  - l/ f: M+ C7 p: @. R( 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. {
   5 q' }, b, Q% S: j; l6 I2 ^! c
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 e9 H: B1 _" n4 ^3 k
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 x) G) a. N7 ]( k3 u$ B
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % |) K, N8 C# J7 e
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    % R9 d, O) R5 Y8 y: u! w$ d
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( p( {6 t5 z& i7 v) D% |; n4 C
17.     {
    ) Z4 @: R" B" ^! k
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    / o6 F* o  ?0 {. S" j2 o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
      J6 l9 }3 f9 d
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    . e' ~; ~: c+ `: L" b4 g& m
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ( Z  d4 j- F" I+ q7 Y! d
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    2 `% |9 r; @* \/ L/ {# c
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);
   3 b* S$ m  C6 a' D+ ?5 `. e8 Z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   , N! g* Y: N) A4 T3 j
4. 。。。
   0 e( N0 c, z. R3 `- C
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     j8 `! @& D9 t2 D- J& Q; w  E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / x$ L. q6 D8 G% B  n: c
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ) l- O) j6 A" a/ K. V
12. 。。。
    8 l0 [, x' F( H! e: x  ~6 y2 s; E
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);
   9 }# q4 f8 I2 Y  U1 h# ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   " J  x9 m2 L. Z7 M( x5 ^! H
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) U/ ^* }, _; ?  H0 u
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " z+ s7 O5 o% N" ]" ?
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;
   4 s2 W0 C: g+ R' A% I
2. pthread_cond_t pct;
   & \7 s( l- U- q$ i* T7 Y
3. int main(int argc, char* argv[])
   6 K! q3 b! }1 \9 S/ ], _: T8 d
4. {
   
5. ...
   0 N' M' ]9 ~+ U$ d8 N5 B( i
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
     b0 p( X6 g: ~2 r5 v) [5 h# h) C5 J
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , i, N2 ]- `) P+ Q  N, _
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    3 q! ?2 I8 R+ h- C" c
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + {: h; f, n0 j0 H2 F; Y4 V- e- E) @
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    8 f, B( W3 d. q1 ~3 N6 V1 z( {5 X0 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;">
   
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" \
   ' K7 H' k% C* ^
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   / p/ r6 o$ H( b: Z1 j" v; q; l& q4 \
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   . ]5 `+ q) B- Z; [8 b# G) A- c+ \; @
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - _, m, Y0 K6 \) b. r
7.     printf("preparing header\n");
   - N8 I. J8 e3 o, {
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - H% q5 X$ D7 J, W" w% `# z9 ?
10.             STD_HEADER \
    0 `# H* h) O% o: S! M+ t
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 e2 @8 v5 [; g
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : o# a: u0 E; L
15.     {
    
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" \
   ; E$ h4 T: I) e( u
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   + K1 c( x- N# n* J( `. K* G
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   - z" u- g! L, P: v
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ r' K. u0 u  H4 S8 r7 k
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' @$ I2 @# U2 y4 O' i; p- k: `
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * _8 Q7 j" m" J6 e
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # ~' ~) c0 B7 \$ V% q8 i0 J% L4 W
10.             break;
    ( i: {. ?6 {( ?( |7 e, P
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + V, S+ l5 w' ?. }! Q6 J: X
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。

, \5 _- o% R0 r. Q; m1 I+ l

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)
   1 `% p) L1 a  `  A- z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : E0 z$ r3 x+ t  A; N" d0 T
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 T' N: V) k2 U* a) B& A# h+ }
5.     {
   8 j( a1 G  a% |7 |! z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   " ^. [% [% D; e" W7 v
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 K8 m& C- g" ^  G* H
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;
      V' j& ^6 _/ x
14. }

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2 u' `+ U: I' X; v) U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：
2 Q' V" {: U- l) e5 z
, r1 Y3 j0 ^! q( p7 J
. ]& e4 @# a* f9 M

1. while(fend > 0)
   % r4 {! h5 u: Y; y
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 n' y( q3 [4 ^' h" N5 s
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   % [% ^2 X3 E. F, U& U- r
6. {
   / @6 [; Z+ L: e) a+ U
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   6 q4 y2 B5 X% M9 S% U8 H" _# ?8 E; l
10. else
    ! Z9 N. ~& i) D3 d: W
11. {
    2 z; S5 e3 s7 x# G
12. picture.length = fend;
    % _) Y9 b9 w+ z1 x" H8 j
13. picture.fin = 1;
    ( ]+ X# @9 V9 I2 l, v$ M
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    - l- x+ Q: M' t# w, x
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ( i% z4 o6 U$ `! |0 ~
22. else
    
23. {
    : h- Z( S% d( W1 h
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ) ?$ N6 E  c! E; i
25. }
    
26. }

复制代码

, f* \6 V( V5 w  ~1 j: n) \5 J
! d$ R; S( j/ e4 J/ K5 E

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html