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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" T. P( x/ X& a; W# F5 `6 h/ ~

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。

' z$ {' X, J& R+ R8 j1 b

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。

  
  * O' Z5 \3 B5 R

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。

7 e- j% k+ ]2 |1 {8 ^5 u; u3 p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. {
   2 h0 u/ N1 v" b$ ^5 p3 M
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * C! i, i  A1 O9 d$ A
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 T' Y6 F" t# l# S
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   # z( P: Q7 c& S1 E! e& ~! Z6 F: X
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) Z2 {4 g& c/ @) U) u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 t  [# R1 C& N% t
11.         {
    8 X, A* V4 Y6 C& G! W, C7 d0 W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , {! n0 c2 z+ O2 V! `" Z3 @& O; z/ R/ ~
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    8 R$ t7 p- [& U0 Z
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * q. w+ ]+ f/ m. y5 O
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    . `, T' R- p# ^' W5 B8 X
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
      R# B& h9 q6 P) x+ S
22.     {
    $ T6 m0 K' f- ^, h0 n& f
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 M+ E5 @+ L' Z$ T/ v# T
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! y) \# S* B- _0 ~/ P
27.     {
    2 I! B6 Z- L, s/ }' H
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : M$ D) B5 n5 T, J. r
30.     }
    + R: O. @+ y6 ~( ^0 h" v0 Y. q* w7 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);
   ' G) A" j+ f2 [$ ?7 }8 V) v/ _
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   + O$ b; x+ `0 M0 p0 X+ A0 ?( h9 f
4. 。。。
   + e) Z# {, z+ t* Y# d
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 B9 e) v8 T8 ?2 O* y$ U. U0 W
9.     。。。
   3 \/ W# R, W/ u$ ~2 {9 i( q) B
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " d1 e. B4 [6 m$ {4 P
11. }
    
12. 。。。
    3 {. d  ?, T) t: 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);
   / j9 C8 i" h! `* `; X5 y7 I
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
     X  F0 H5 D& E3 Z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * o4 j3 v. G* G6 ^, k* f; R
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + E( N4 X0 X; w  k0 n* o) 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ D, ]3 g: ]$ Y: D4 t: v4 a
4. {
   5 \- k2 T3 r$ t, V# U
5. ...
   " K0 j+ l  ^; I
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);
   + B. H& y8 R0 I* C- T
10. ...
    # S6 }7 ]8 F* Y! [& {  c3 f
11.     while(1)
    % E% B& T& F: o5 v5 M
12.     {
      c4 G- t5 v& H' u9 @. I
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ b( }5 m  Z7 _" D* k- W0 D; I* l
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" \
   6 A- V3 Y& u( d  i
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ) y2 h: Y3 w) w, u6 {
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.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 `+ \& E" Z8 i
7.     printf("preparing header\n");
   
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" \
    : _1 W* a9 O1 f5 h( W) T* @
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 s/ j& d0 W/ s$ [- K+ O1 T
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    2 g2 d& X% C( g  B$ z
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" \
   7 _) Q9 ~- q7 Z0 p7 Y4 s
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   3 h5 \5 ^, v2 m3 [* g' ^" S$ ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 \2 m( u4 R( Z" Z0 k* ?
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " R( }8 `( E! e. _0 `% z- f& m% c
10.             break;
    ) A5 K, Q; M! X! C5 c8 e# M
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
9 n! l: H, d6 A: J

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   : i. s  b2 g3 ?1 ^7 o
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 T* g' j/ U7 w  U/ f6 A( O0 O' R9 B; C
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：
5 q$ S# m4 F4 S0 X
8 `* p8 Y4 t9 ?$ q' p( @
( \- o  R  d+ u! n0 S6 G

1. while(fend > 0)
   2 }; m$ G' Y, H( U! ~
2. {
     @' [$ a& l2 ?. q- c
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " A8 ?3 z9 U, d: Y  j) B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    4 N- H1 e, G; P9 [3 _* q
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    5 x4 s! U2 n. K" C  b
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    5 O# U% o, C5 ?  L1 A" i+ H
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    4 z0 \1 Q! q  ?$ z1 n* N
22. else
    
23. {
    ' o1 p* F: y1 u$ `
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    # @6 X/ x: j' m- a3 ~7 B
26. }

复制代码

& O5 j1 Z; K4 E0 H4 _# H/ H

3 ~3 m4 N  ^  Q% F1 D! ^! u1 D
, a0 A4 e( g; w  Z7 NiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html