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 i5 |/ z3 c  M

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。

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。

  
  8 o! i( {  s# _5 I( 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。

6 ]1 a/ Y6 g4 L! G0 }1 t, N5 S; v一、HTTP网页服务器
$ x: N7 d( ^" v# f: s' s5 ^, `

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)
   9 L7 d1 ]0 H  w( k% X+ T: Y! n+ P
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);
   ) f# M: E& L& q$ @, c; t
9.     int ret;
   8 g8 p, k& `5 I6 E% ^0 t
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    9 Y. b) j5 j2 |: ?; K
11.         {
    ! Q8 N& W, p$ P' T( y9 x
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)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ' c& E& B. W0 o% K" H
22.     {
    , I7 a! F) N, Y- [4 `" q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! q6 n5 s2 F! Q$ v' N$ [  |
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * g" M: t+ \. ]
27.     {
      W- X9 h4 g9 g
28.             printf("Listen failed!\n");
    ! Q2 D- M6 J! A
29.             return -1;
    % M% R, ^& |$ R0 d
30.     }
    : [! C( r6 k9 X8 U. m' z: R
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. {
   . S+ T$ {) V# q5 b
4. 。。。
   ! C% u/ u, [* u2 _1 H" W( }
5. while(1)
   
6. {
   : P# Q1 P, z& y! @$ {9 T& P! _
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);
    
11. }
    
12. 。。。
    ' U9 E3 F: k# B- i( M3 u, L' 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;
   $ y# ?3 S6 A) ]% O3 |
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - b, z3 ~* m: J! s, [0 h9 F  x% F
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 f9 d3 Y- d7 p
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;
   ( T; F* r7 c6 Z" S. l. M1 i
2. pthread_cond_t pct;
   2 o7 e  z; U* T; H- Q# @0 q1 }  r
3. int main(int argc, char* argv[])
   : i9 \/ I( d: e4 z2 X
4. {
   1 W( |/ W0 G3 }0 g& T, t
5. ...
   / t% l2 i, D8 ]
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    ) m4 Y0 R) j9 E8 H  r% g
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * u, k' Z( Y, b
14. ...
    ( D3 w  @7 ?, J1 d, \2 x$ b% ^
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;">
   9 m6 a6 v2 Q3 a7 B
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" \
   " W7 U9 `7 V7 ^9 _
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   9 B0 W: V! k( ^, y2 d3 \# M
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" \
   ! l. t" ?1 n3 z0 y9 @+ H& m' w
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & {3 {- v: O0 ^3 r
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ g& v" T# S9 h7 _
7.     printf("preparing header\n");
   : V5 a6 J1 h* g! ?! [: t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 Q) e. B: r' C: _
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    + f! M: J/ ]$ j# H3 H7 u
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' A" {. w, Y7 _: k+ B  @
15.     {
    $ K( q4 M/ `( X* w* {& s- N
16.         free(frame);
    7 a2 x7 I9 y: T& R7 q3 B
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" \
   
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)
   " l( I4 A# N& @7 K$ b
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    : r' D% L) Z- ^. w3 j
11.         printf("sending boundary\n");
    2 l  B5 j: ?! F/ c( J7 ~
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    + i  A  l* {9 |2 n  @) E
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。

3 Z, u8 ~7 c1 i' ~6 @  j

8 F* A  f( V" F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)
   # d. x6 z" D! ?6 t: Z5 @
2. {
   / M7 q" m% f: J2 j  m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / u4 c/ w9 ]' H* F3 \1 `
4.     if(*socket_found == (~0))
   . k' {8 q4 N& o' G1 P2 D/ B1 u
5.     {
   - `; s( X. c: M1 }5 R: ]+ b
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) }8 U1 X& e: B5 ~) U2 [
7.         return -1;
   
8.     }
   # K8 o( j7 o5 i- N' m% J1 X0 ?+ d
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;
    
14. }

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1 {* _1 r* s" ?+ T" L& d( V3 `. s
$ R4 M4 {" T) m5 b' ]: r: _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：

' n4 p# A3 l8 w5 X+ K: j2 [5 v" C

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 k0 V! m$ M* m2 G% q; `
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   / c$ {$ _8 w: v: S
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   9 Q- \7 E2 s0 b$ x
9. }
   
10. else
    ) \3 n% G" @& b6 T
11. {
    
12. picture.length = fend;
    * r9 R  F8 _  h' B% n7 P
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( ~" L8 |  ~. t) {7 j6 s. V% }' p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 V( |( h0 ]# X) x' W& i: Y) B
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . e# M- R" M( m1 `# @/ u$ k8 J
20. return -1;
      O5 O5 C; K8 u' h: k
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    . S4 w; ^8 g& s# F( O
25. }
    
26. }

复制代码

# M' ?& u1 I/ I" F) Z3 n

9 s% _, I! H: F, P# B7 C$ E& o. Q  B
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html