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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/ W4 w4 r: x8 Z- C7 C

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。

: ~" x4 t" Q3 Z' O* P5 l+ Q

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。

  
  % ?' Q% k$ h1 Y$ B# L

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 L- a: Q: a0 a% z0 i4 o1 q
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % E: A: f' C3 S6 N
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   / I) j( J! @; [$ r7 _/ g1 q0 g
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 A+ l4 p. u3 O* K! d
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    5 n4 \- d! W+ W% B5 `- J+ F
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    % |  G6 D4 _6 m& u' y
15.     int on = 1;
    5 m1 g% [; K/ H+ a4 E" W1 [5 @. L
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # T6 p0 y, n5 S1 q4 b0 J
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    1 g! P, U% R- r" i4 A6 K
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' u. x2 `% W0 C9 X! o# \
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    $ O  M6 c$ {" ~; i% k( S7 v; R
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    + r" M6 g# X  _
30.     }
    9 q0 \% v; r  ?, [( M9 m& d1 J5 Y
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);
   8 @  Q* h8 d4 O" O0 s: _
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   . m* Y. R& Y& }/ ]. c* V5 j+ N
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 @/ i6 j9 i9 X( t
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) I# `3 }+ \) Z' F7 e- E; r' R4 Q
9.     。。。
   4 l/ |; u! R# }6 K/ e" D, v1 Q/ a" z/ B% s* D
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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;
   - L6 R% x. P% N% ?
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : n! U; w) a& L7 K
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   0 I9 R- X: P! f5 c' X' }  i. ]
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;
   . B+ u2 Z. s, [6 K
2. pthread_cond_t pct;
   ' D3 ?' {, O4 D( X% C3 q3 A
3. int main(int argc, char* argv[])
   ( t1 \/ J# \+ k& O6 L
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   % E- B2 a- `6 n$ h+ z1 \# y
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. ...
    
11.     while(1)
    - b3 o+ n" ?$ n$ B' m/ U
12.     {
    5 W+ q4 @5 g* f# M: H6 S; b, J
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 {+ O# f. n8 Y  W4 n+ i9 L9 G
14. ...
    
15.     }
    ; P0 V: V! |$ h: T% I# Y9 I- U$ K
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;">
   # Z9 d) R7 Z2 n
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" \
   3 ^+ X& Y$ [& z1 j' q
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" \
   ; [5 U5 }& v: F
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   3 b! p8 t; w: J- V* [) Z
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   . h6 O* F" E# g1 D& d4 L6 G
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; V6 z& n# X) u$ [4 Y+ y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    0 f! B& n- Z7 K* h) ^9 M/ G
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * x) K/ P( k0 Y9 b
16.         free(frame);
    . N. O0 U! W/ A" U* o9 d/ z0 d5 T
17.         return;
    2 q2 U  C  U4 N+ d3 ~! E8 F) J
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" \
   4 s0 |% \" y- ~  z
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   2 Q- k* D/ y8 V- L+ C# F, l! W
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");
   - K5 K4 H' {) p  A
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   9 w1 Y& X1 ~* t- y
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     i4 A- I2 R1 L" X
10.             break;
    7 N  c) i9 k1 d3 L
11.         printf("sending boundary\n");
    ) F, D7 \$ y& U
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 P5 Q  W0 S1 {$ ?+ N- _5 ~" ~
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。

7 n; S# [& r2 K$ ]

& O5 g5 J) r8 S2 c二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 o3 y' L4 C# q# g3 C# a

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);
   . a: Y) L! [4 R7 n: v$ k. v3 }' S& z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 H) V, D9 M9 t& f
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;
    ( L! X* C7 ?: [/ l
14. }

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: h2 i' a. o# S- d
- J; W7 M# i, F$ D& {- s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：
- j7 J; z2 t: t/ i! ^" S0 K/ C$ P

7 ^* @& l1 k  d3 @" y7 V

1. while(fend > 0)
   2 e: h; J* I6 H. u! ^; Q
2. {
   # x/ y9 \) I, d/ c" A' Z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . |: g8 G( X) r# O1 I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 v2 J8 ~- L# w' r
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ) d& K& ?* n: J( O8 D$ w( b
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! V8 h& Y% J( c& @& }8 \2 o' N3 {" @. \
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ; d1 P5 P2 B3 C
17. if(sendbytes == -1)
    % ]; ?3 Q' B, x. p: s
18. {
    - {' y: i9 Z$ R: t
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    . o1 ^, A* n6 h/ I  m. e8 ]0 }
21. }
    2 f7 g: M& _" \; H) i* m
22. else
    
23. {
    & J+ x" s6 ^" e7 }$ f
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! c( d+ ~# }1 u, i! M  t
25. }
    / I, P! r; p9 y: b
26. }

复制代码

& ~4 h$ W) ?& Q& r8 x  z
4 p3 b( y! @! ?' P: z

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html