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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! x7 W! a/ |' E  M# 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。

5 Z4 n9 `7 \/ ~) v7 _* k; X

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。

  
  % h/ I4 [$ `  T9 ]. N4 G* s

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)
   5 f, u) c) ?1 B5 y
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   0 s2 F* A7 [2 G1 ]5 \% K% L, R
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ c; M1 [- b( Y
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # ~& O( ^# S) \
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' }5 w9 }; K9 }& h$ `
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # j8 B/ e" {" l! T' ~
11.         {
    * L6 f/ s0 u' J& w7 b
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' Q% d) ~8 b5 k  C1 E( f: i# ]
13.             return -1;
    
14.         }
    $ d: t, h  n$ L( P, d( p6 a: j
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ; ^- m1 ]+ F7 M5 J/ m
18.         printf("setsockopt error\n");
    ( Y: f/ Q" X7 r& b7 d: X% \' u
19.     }
    ! D1 P. R$ i4 y( x
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 \7 m3 X+ e8 N
21.     if(ret == -1)
    , S6 g. L2 f: [! t( U
22.     {
    4 l1 R8 T- E5 G  j; y9 Q( U% R4 r
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , ^4 O; i# O$ u4 f; ~2 R
24.             return -1;
    7 `- O, j. e3 W! J8 d  ?4 }; o
25.     }
    5 X% V" u; B" T4 c3 L0 P# L( t4 N. U
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 ~- Q7 @7 Q# l/ U! c& ?
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    , H9 C; l$ \: c) r& m7 \: I
29.             return -1;
    . d" t# }, c+ ?0 l. r8 F
30.     }
    8 _8 l4 s; G3 c! C- j9 O# p4 \
31.     return 0;
    " A% }7 d( P% o3 }
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. {
   8 B/ f* c$ T& A: Z! Q: S4 t: F% ]0 d
4. 。。。
   5 @  I( x2 p( U9 G/ `/ x( b
5. while(1)
   ( ~$ i$ y; j& J/ X/ x3 O
6. {
   4 @5 m: q! V& g" j3 t
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 b, y4 E' X# c
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    5 Z! ~3 H( x! u: F
11. }
    8 T/ M! ~5 G, g& }
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 t; y1 p/ |' R3 \5 r
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;
   . I4 e+ z6 {3 L
3. int main(int argc, char* argv[])
     J7 u3 w! H5 ?5 O3 Q3 m% g
4. {
   3 j& n4 T6 Z9 x
5. ...
   + ~# [& Y, y% q* _1 V! V
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ! Q  t& j9 ?; W2 J- E, c
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
     b! Z. @) b" |) Y- C
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    / g5 Y: |( G. X' v2 E
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    6 k# z, \# j% v# |/ r
14. ...
    ( ?4 M/ E  _% M$ q% g" 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;">
   
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" \
     _1 Y' ?" c5 p) W) D$ S
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" \
   / Z3 r3 Q; J' A# u0 W
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 k* Z# c- z6 `9 _" ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   6 C! b0 p, \1 e, e" V  B4 d! T, P
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( G+ z# T! Q; c8 V8 \" F8 j! |
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ' v$ K1 N6 G; X
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # N% p) K3 {2 }1 i9 A
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 N& C3 q8 m7 ~, j0 a
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) m5 `5 u/ E& Z: X2 R
17.         return;
    % N" ~1 I% w1 ~/ p( d
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 V" ~& W* X! l% [! P( T
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   + X) W) T3 R4 w
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & X  r5 p# `+ {7 K) _/ b( U9 g, t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ( M- x1 T1 B7 H( S  C1 V/ K
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # m$ u( K3 s* \! y. [" P2 Z5 s
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   4 i4 G* c& q+ f! ]% i) i9 J4 B
10.             break;
    - ?5 o# W# X  E$ |3 ]# f) g' E
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! l7 c$ u; f3 w; v! k, s
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。

6 `. Y8 f3 x0 j. ~6 R) u& `二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
. T/ V0 p1 G7 \; a& Z6 S

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   / T$ O/ p- q0 O1 _
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * j. |- i6 p8 ~" V7 n: t. B( h
7.         return -1;
   
8.     }
   
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);
    
13.     return 0;
    ; [+ w% {) ~  ~5 t, _5 e
14. }

复制代码

5 ], G; H+ {2 t! ~4 z: W% @0 l$ A
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：
6 t2 x! C6 q( R9 e  I
/ X9 x3 \( X8 ~. x* b5 m* m8 _# }

1. while(fend > 0)
   & j5 d! D& U; W  c+ @3 |/ B
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % a& ?( u1 d! T! b/ _5 v& a* m
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : u+ Z, l; `+ @+ t
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 z, I% j( c$ m" |4 y' K1 }
10. else
    " [- t0 f& e; k/ C( D
11. {
    ) W5 G% o& ?$ W% h' \
12. picture.length = fend;
    ! ~/ O% d9 M' W. E& D2 l/ J! z
13. picture.fin = 1;
    ' O4 V% x9 b& e: f. W, w9 {
14. }
    ) o# |8 E$ R/ D9 t6 F
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 W4 O' |' \; z( x$ ~7 V
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    2 v$ t  k% ?4 ^8 F: D
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 H9 A2 a0 N. ~( ~6 f
20. return -1;
    % i; l9 d! g4 ?/ U- c
21. }
    ! ~; h1 r& d/ {. k: i: a( n& x4 }
22. else
    % m, C) Z7 l0 N2 r/ }
23. {
    6 m7 Z+ t; A2 \  W4 A8 U3 q
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / Y) I$ m/ U0 n
25. }
    & P& f% ]# K( o1 g; T
26. }

复制代码

4 B3 M* w) H" m& E; }2 S9 K

, `* {' Y6 h5 o0 m; h: \9 s' N
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html