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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3 B% t! X: _: m& ~  j+ U
: U) G( I, ~6 }% [

( v- y1 \* k8 t0 p7 t* l

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

& U& q, C* @$ @9 F

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。

- d- B; k1 M9 p2 ]# A5 V

" a% R3 S+ C2 G1 J" q, c+ r

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。

  
  

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)
   * D$ H( I2 y1 ?$ f# F7 g! l
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   + ~" E# U2 R9 s) P0 M7 `' j" a
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 R% G& t. n  R2 f2 F
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , Q- S0 u+ D( T. B1 p: _4 d7 m
13.             return -1;
    8 [; B. P) X( K' [& ^4 }5 a+ d; n
14.         }
    2 n- P1 M9 U( ~( b
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % }% X6 ~: ^- `; ^
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ' W# i8 L, n" N
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % ?9 A& R2 p- r" ~4 C% X& |$ q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 q. N& }- q5 A% s1 W  r" K+ t
24.             return -1;
    ; N3 A- @3 }& Z3 j( `
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . t9 s' A1 H" B2 m) y7 h, \
27.     {
    9 O1 _; v+ s$ j5 U9 W
28.             printf("Listen failed!\n");
    . e9 `8 |! M4 W3 I1 D3 g. r2 \
29.             return -1;
    + w+ M( Y% q4 \" P% r( H
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);
   6 g5 s1 t* l* H: ^
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   8 @0 m! A8 e" l6 ?) n
3. {
   
4. 。。。
   : g' ]$ e0 b2 U2 S7 q# u3 M
5. while(1)
   : p5 q: ]2 r6 B% x: n/ m7 ]$ N
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + N/ I5 F  i2 l5 K, C! }
11. }
    + P; n# y, E  \# r! l' V/ _% m
12. 。。。
    5 B2 p$ f. d0 A/ E# O9 J
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);
   . U/ T3 Q8 Q, e/ j# n% V3 k7 t; @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   4 \: l+ E1 r( o& v* t( `3 K8 u
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' f, \' t" w( f) k/ U# I4 f6 [
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;
   , r+ G6 u* d% i% y
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   4 t6 R% I0 y6 E  V( w$ a
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 b: R' N* {+ T* \1 Y7 _7 T
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. ...
    ( |9 c4 n6 |# R5 M! M
11.     while(1)
    $ \) Y2 t- D7 S) \
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    2 M5 Z# f3 `- n$ a! v
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;">
   5 D, S2 y) J3 N
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   ! x+ u# O: }" i! k! T; t% x% i
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   & _; D% h- m3 O2 c/ H
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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * H/ g. u4 k$ |+ L3 s+ X2 e
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 s: r, j6 b: w) m+ \
12.             "\r\n" \
      q1 N( M/ V9 y, T! E8 `
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 s" o* q) f# @4 V- m& E- k
15.     {
      b! Z0 e2 T& R: q2 \# x. p. O
16.         free(frame);
    
17.         return;
      v  E# B, S: N. [9 y$ R% f( N
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" \
   / }0 [$ c$ P( s+ U
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
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");
   + n8 D1 C" M$ o/ ?
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & V5 s3 Z, i: G- {$ f+ c
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 i% I! ?/ J; Z# }5 o
10.             break;
    ( h5 e* t. d( x9 B
11.         printf("sending boundary\n");
    2 x% Y: t- g$ d& ]# l# A# C2 a
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / _3 [" @6 i7 Q5 n* w
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。

+ H% B/ {% J7 j! e: _9 B二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
* R6 |# R5 }+ H, `

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   & i# X; d- P2 @4 i5 u( `1 e
2. {
   % C2 K4 t8 q; n) j
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   / M9 |- e  {1 \7 w
5.     {
   0 U0 E( h* i, p. T0 R* n
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   3 o# w8 u* D8 G# K+ Z3 H
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   & H# W* t" ]* J( F+ t- ^: |
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 v& f' S+ z5 P" w$ ~- O
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 |! c" u6 I3 D
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ! s1 y' S* n  V. Y& I" ^7 z
14. }

复制代码

; |2 {2 X- a3 I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：

  b8 n: A0 ^3 x( o( C9 d
% \6 o' h4 i& y! C7 n

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # k$ n# f  U( j' r) l1 V
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 i( Z0 r& n+ m! l" G+ m7 c+ {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ' A8 G+ S7 W7 Z& J/ {6 F
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 {: ?8 G/ J# u% t  F
8. picture.fin = 0;
   ' s  q# j& z8 }4 z% z0 e$ E2 `, w
9. }
   
10. else
    ) f+ B+ u, k$ W, P
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    3 o7 j' l+ O+ n* s
14. }
    
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)
    % [# Q, k; N6 i7 D. ^
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    8 k/ r+ u! I7 u1 d
22. else
    
23. {
    % F& `" o* v" {; h
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

! t% l% F& k$ r' Q4 I! V! v% M

7 X# Y5 d7 f" b! w6 GiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html