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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0 \/ h+ X: L' @4 W" q

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。

( z6 Q5 l5 c1 |) g+ j6 A. I

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。

  
  1 {+ H9 `+ V! e9 p# a+ \

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
- }& {: J% y! a

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' J' i* F6 p0 U% p7 t( u2 k
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ( A$ ]# R( _$ u% r& g1 {
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);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    1 @4 C" R  U. E1 `; A% t
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ) |* E$ x0 f7 l2 C# V' C& Y: I
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 @5 E  [- q7 e7 u& y1 a! k
19.     }
    2 Q/ p8 Z/ D" a# @6 I6 _" t
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    0 a* g/ B7 X6 O+ C* N5 R, q
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % d& v2 L+ L& y# b2 c8 J9 T. _
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , J& z/ q% B+ Z* ~9 z4 u
27.     {
    : [. P( d7 N& k7 L1 n5 {
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    & ?' H# d5 @( i, O: T
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);
   0 o% V) {8 ^2 G5 A+ {
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   4 D/ U0 Q1 n8 [- P
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   $ P& I& G" J. [9 v$ r' z
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 F  N+ z* V, E8 P" d
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ' j# [8 q+ v! [7 W5 @/ f
12. 。。。
    1 W, ^. i0 z' N  z* q' Y
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;
   ; e. D& t# Z; u5 \: a% E! A
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # L' Y; E. _/ h, A0 Y
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;
   7 H. [( L4 H; `/ z/ F4 ~# _- v- C# a8 N
3. int main(int argc, char* argv[])
   % r$ A& {) W+ a8 {. f# `8 H/ L
4. {
   # I1 q) e6 [$ I
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( r& l. M; b! V: K0 U1 j6 U" d1 z
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. ...
    . p! K+ M# }1 |2 s: h2 x3 ^; k5 a  r
11.     while(1)
    
12.     {
    ! [* N7 \: B0 ~& I) q( J
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # C1 @. Z' R+ I$ n' ?
14. ...
    2 j7 C" _2 y3 o4 F
15.     }
    
16. ...
    % V! I- Y& D9 w
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;">
     g3 |' d" A8 f  G$ z
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" \
   & q/ C, j0 u- z2 P6 W% q/ m
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : {% Y9 y' O8 l: @& f. |% {5 Y
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" \
   * h9 I- U. l+ X6 _& c3 h  L4 Q
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" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   3 J8 b( K' X% k  D
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : l+ `& u; K4 b8 f
15.     {
    
16.         free(frame);
    7 c8 s) Y5 Y5 ?! q  H
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ! Q# A- e$ b6 \7 s7 k
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 R7 ]9 D- o: r3 ~
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 g: ^$ Z& W6 f
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! N- ], x( m/ o" E1 s! {: Z* \. H5 H
7.             break;
   9 Q, m* z! H8 o, B" h9 h
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    5 R1 t, K' u! a8 g
11.         printf("sending boundary\n");
    6 m4 n+ K) X1 v5 f% r8 d
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + x9 ~# o$ _0 u% Z
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。

* \& U5 V% W+ [+ k

  `) V  T  q6 e& M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. {
   - P+ y# y9 t) }
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 C5 \% c, C- G, \- h! v
5.     {
   5 ^0 Y% w9 P1 x, o. J& U$ z' |
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   1 ?1 I  k; h" i! Y. E- l0 X
7.         return -1;
   6 b/ D. B0 B/ }" W
8.     }
   , A2 s0 v6 p  w
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) B8 r  q. U4 ?' Z, C0 m
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 A& C5 G  y+ [2 H! f
13.     return 0;
    " J5 [" F- |/ g7 s( F: H( e
14. }

复制代码

" J+ P0 `) M: J1 y
( b7 Q$ f3 {5 M& S' n, ^! ~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：

+ ^, [8 a. j& K, F; x

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 s) ?" C( n3 H) G  ~
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   " ^+ X# C7 W! l  F( R) s4 v
6. {
   + f) m5 m( H+ F0 y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ' ^( h) n& y* \2 V, G6 h+ d( m
10. else
    6 q& ~* ~, K2 o1 o
11. {
    ; ?- I# ~* L. ^& ]' q8 ^. B
12. picture.length = fend;
    4 E! |8 M& `( K$ M. a4 [; T
13. picture.fin = 1;
    ; O6 @3 }( _) U+ m& a
14. }
    . P& F9 j$ \. }8 j$ ?! U
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 i% G2 j; O  Q* x7 T1 d4 U4 b
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * M; z, m* L6 H3 @. r: l: @
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ( [2 K8 z% f* F" s$ y$ H7 _: w
22. else
    5 E4 v1 I  j  m5 }& a
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 v! s. w7 I6 j# O  p
25. }
    
26. }

复制代码

+ T2 q! Z' A7 ?5 f, k! diMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html