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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/ ?2 H8 a5 l/ w2 y5 s

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
( M) `' Y* Z8 G! j

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。

* h/ U8 M( t9 _0 q$ N; 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。

  
  . C- _% O! g) o) u) 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。

9 I+ p5 D' D( F9 t% f' E一、HTTP网页服务器
" @' }+ c8 b: o0 O: A- Q( y

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;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & M7 s; s- u, m, L$ `
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ( P! B* @% V' e+ R
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   * @4 e: P' l/ g
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   8 p0 _- r# I) h4 E! R, p
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    # B0 Y1 H( p/ e/ G! K2 H
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)
    - B* N- p3 K1 F2 i' y& m$ ], p
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 J. x1 l: \: s! w5 d
29.             return -1;
    , s" }3 w) I: M0 v3 K: W
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   * Y8 ~% o7 t: T, D7 @3 b
6. {
   ( p4 n8 V5 I/ J* z
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 V2 `; T' N" r1 l3 }3 g% ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + D$ \+ J! r/ _2 @* y
9.     。。。
   1 i) n6 Z7 y5 J; w$ D
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 i: E3 b" W1 Z" o
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);
   $ L" P7 j4 }+ N) f6 ?. s
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ' y  B# Q3 X2 w1 C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / _" p9 e& b/ k. J/ p7 M- j
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;
   & L( x" C% K( g6 L6 v& @
2. pthread_cond_t pct;
   8 y( X$ f7 v- V% d! [
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ Y8 f) X9 E. b
4. {
   & W! ~. K2 m7 H
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , z. H* j0 _, w& _7 c) }
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   % h. A+ o* F3 I# f, s7 l  w$ J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    5 U' U# @$ c4 P* B- ^0 r/ F
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # t0 ]* n# H& B- X7 c
14. ...
    6 F5 L0 ~' s, ~+ P
15.     }
    7 y' K- q4 ^" C- C- J/ B- r
16. ...
    . K' @7 c2 Y. H
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;">
   ; _3 U  P# o: }4 M
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" \
   / U3 z4 f, m0 C. H6 j$ X
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   / h/ c' D% N! r% Q
7.     printf("preparing header\n");
   - k& D* ]2 r. H& }, V5 C
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * {6 G2 p  H+ a" G' F9 w2 U
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! L( V* u0 S0 C6 [% B
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ( l9 C( B: G: r4 a  l  X1 H
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" \
   2 a! }7 \# n5 O$ P9 P% ?
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   , F/ ^* p  P  v$ Z; ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 Y; n4 v) d7 m+ T! @3 a
10.             break;
    # v3 h& m3 G! c% G6 J0 X
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    7 g  y: E% q2 ^5 `1 v- [! W, q
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。

- d6 Y8 x( H- `' u& A1 P) z二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
& N. W: j$ |3 k; k

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
     n. V# G5 V& s) g" e9 V) Z) f
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) ^. ]$ n7 W4 Z4 @2 q. A
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   6 q: o' g8 J: S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + i/ J6 q) g' S! W0 E7 T
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      l; }9 {6 z( K+ Y0 ^" b8 E! x# D
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    0 f$ \+ [. w# U6 X4 r
14. }

复制代码

5 X% a, u7 P) C% J3 X2 S  u
) ?' l0 D, s% D0 a5 H) |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：
) d) b3 E- M8 y; x1 j* ~' B

1. while(fend > 0)
   8 T+ F* E$ Z  c' O% [) J
2. {
   : [( P: P  h; n# t: g# M% q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ l5 f# r# J, D: C
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   6 o. N% ?# {+ m
9. }
   & z' y6 T5 n8 C
10. else
    6 m  }8 [9 Q+ I- }' R
11. {
    
12. picture.length = fend;
    3 e, w- k' H( I& F9 h7 _- d$ i0 b
13. picture.fin = 1;
    3 G3 H4 b. J8 }$ @
14. }
      z8 ^# E& R  K0 k& @0 w
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 R, z% n- [4 h$ g2 U( m+ E
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    . _4 N- w9 s' H$ T( ?' m
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ S4 H$ @% k: e; c/ m0 r
20. return -1;
    . s* u! ~9 N% c# D* E" \; r
21. }
    
22. else
    ) s# n% K: f2 {+ @3 x
23. {
    1 {; S" I, G2 q0 ^, c0 D* g
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 V& Q5 z' m3 a3 k: n$ H* v: R
25. }
    
26. }

复制代码

! R: @5 f# I4 w: r% C8 g  }

) h% y( c5 }* XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html