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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6 @( z$ D: K: H: P! k

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。

: S1 R/ g( g/ v8 m3 p+ b1 E6 V: T: ]

$ q0 |% o1 g( M0 u" N9 h

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)
   
2. {
   7 J+ o9 P% o% T+ h* z: J  \
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( N5 H5 G( f8 v! z9 b& P& v" Y
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ! H' |' j" t: |% `& ]
9.     int ret;
   % P/ P: k, m! a! ]1 _. a7 H) M
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , V( W/ D" K# h7 R! Y" E3 d2 v
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 H% H3 e( F1 `) [  ]$ \$ Y
13.             return -1;
    0 n4 d4 k+ x* p; v1 y/ c
14.         }
    4 ^' e: j! a4 K, h6 A
15.     int on = 1;
    & k; L9 o% C* e) P
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 d) W! A; b2 \/ q) M; t* [8 ~" C
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 d. G4 B: T/ F5 d- N8 F" f) t
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    6 {  ~, N* k, `! N
25.     }
    % Z1 ?$ t! I! _8 H; R
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " B7 F; K  }! b) J; M3 A0 G
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ; M2 \% ?! L  b9 B7 x$ ~
29.             return -1;
    # ~! t# [; H1 N8 i, }6 r
30.     }
    # W& [) [; ]- y  D
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);
   . O9 _0 w# i. P3 G0 }5 e
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ( {$ R9 r4 ?6 f$ R
3. {
   / F4 c  @( \. i0 W  S' k3 v7 C+ s
4. 。。。
   
5. while(1)
   # q: F8 w/ f( J" W1 e3 s. T
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 g; l( Z; R: Z7 L$ m
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   % k3 F) G: d& y) f
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    , ~: n. I5 y5 b! _7 _
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;
   . u2 h# |$ Q, a+ R
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ( ^$ l  ^: L. e
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   * Y( e2 C+ r$ E
5. ...
   2 D3 E. J0 t* u( w+ w
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( r( z! @$ ~+ t" x5 B  G$ V3 w
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : l* T% l' |4 |: L+ ]+ w8 E7 u$ _
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    7 `% F2 a7 {" z: d' Z6 g
11.     while(1)
    5 T4 E$ S5 x2 d" J% h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; p/ K$ O' q' s7 B+ ^2 Z" \8 M
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;">
   
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" \
   ' Z3 k" G2 Z; a9 p+ E2 d
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 @' G* M: Q0 g% o, _
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ) [/ M, m' w6 O4 f; F
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   % W$ C6 \0 q& X8 c
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    6 z6 |3 E, o( H" F1 p7 q! h2 ?$ k
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    7 [$ T- G4 `' `
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    5 [3 v, B" g( ]+ d$ i1 ]- \
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 e. m! C9 O* f; C8 J/ w) t
16.         free(frame);
    / F9 Y) |0 P; K; l& G
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" \
   6 O$ v( K" ?; U0 ?9 [0 {
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ) P& \$ @1 n* ]& B9 g
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( o+ n+ C1 I) q9 J4 i- K6 U
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   1 ^) D! ~+ G6 _5 `/ S. H
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   + w: b- I1 t/ V6 r, X7 l8 x
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * t5 |, d& z& n9 K" T: s
7.             break;
   2 o8 t5 V+ ]0 n- }) H3 G
8.         printf("sending frame\n");
   2 I, s' d2 `. _* j* G
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ j( g% ~9 D- F0 B& a2 x& a
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。

8 u' H# E: O/ e. d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)
   
2. {
   + V6 D! O# d4 R1 U; v
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     K8 D* c6 u) v& o  r
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   2 M/ B# I" Z. P( r# }7 I7 s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + ]$ W+ a( B( j, y( J. ^( M& H9 P
7.         return -1;
   
8.     }
   6 u7 @$ @  }( e! @
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);
    ' m! h7 a/ i$ a2 y0 B  w
13.     return 0;
    1 m! f% ^/ C: R0 V. \1 N* x( G* _+ E
14. }

复制代码

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：


" c7 ~1 l) g* o  X3 L7 l/ H. c: X7 M

1. while(fend > 0)
   5 e  h7 p+ C8 n1 d
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " \: ]0 E8 i- X5 p' ^5 S( W
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   5 E0 E1 t; R5 m5 Y* d% j5 R  U; |3 }
6. {
   ' k1 ~0 T2 U; |) I: e$ n( s
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
      T# z/ ?, r3 Q, p* }
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    . {  f: _2 c2 b1 I! n6 ^& q
14. }
    ' f2 u5 j3 w' b
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : m7 r0 q& X! E) I0 o
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & h! B; d% |" R2 P1 Q
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    & X% c8 {$ u1 j( M" c# ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    6 ~3 a- r' k: ]: `+ Y
20. return -1;
    5 m7 E1 u' P' ]5 h+ G
21. }
    + l6 `5 `$ a8 W/ r% ]
22. else
    
23. {
    - d. Y: Y7 d; e
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; L- L9 V. ?& q* V7 r. I+ [
25. }
    6 y& K* u, W9 E8 _8 ~% i. E# ?
26. }

复制代码

* U% g) t$ G1 S6 R; a8 r( S* x
# k/ `4 Z0 L2 l% f1 k

, i2 `3 {( J& D7 {6 e
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html