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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7 s% q% l# r! G' f/ T* u$ V

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
  [" u, h$ V: Q

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。

/ p" H8 ^! u. R4 d

1 \; W9 u- T; ^: Z3 Y

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 m  E2 J' h7 [* l" S

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. {
   2 @* w1 c1 C0 J2 L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   0 \' t9 h* ]* n/ {$ y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " b& v7 V/ L9 b9 L9 s8 J7 n9 l
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 Z' s6 U! \4 p5 l
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   + T  M9 o9 K. I: Q
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      |: ^: @6 f; ^0 m* ]( F
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    $ ~# C; a# |' x; w+ W+ {
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 k5 M. s" D1 ]! d
17.     {
    - X3 }* [0 C: T) q5 W
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 ]! [" l6 C* n% H' [8 ]
21.     if(ret == -1)
    5 `/ p8 M4 M$ R' z& a
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    : g: j1 E1 {. ~. @! s( k  o: P
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    9 t* L( Y1 \6 e& ?* g0 B5 a" e- a
30.     }
    
31.     return 0;
    7 F( m: Z: C8 o0 ?7 J$ w: ?
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)
   ) k; i9 ?% W# E$ X' m1 q
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 U4 G2 j- h- ]6 O% D0 M
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 x0 i  T; N4 ]! A6 r7 E+ I) [! W
9.     。。。
   
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 ^0 y9 @" ^+ s8 u+ _3 f
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   7 B: a  v/ t; i$ S8 Z0 f' t: ^
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 `, O7 f1 O7 X* p3 b
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 ?; F5 }8 X2 M' [7 x  y+ H
4. {
   
5. ...
     i( a+ H$ W; b  b) y6 ^8 w
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # C. v" }8 J% g, }
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   3 W% e/ u, j4 L" g4 }
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   - l7 g: r2 r9 W" O
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   . Z9 T% i. d5 l) q4 j: Y
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    3 M3 ]! _* \  g
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    8 B: y8 R: L; B
15.     }
    & _9 J3 r8 [8 j  S% W+ R
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;">
   1 r( E% j8 ?. B3 q) {
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" \
   9 }9 f/ K) V# V' G- U' G
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ {/ n! @! z6 U* s, r+ Q" p: w" a
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   # F. R! J/ E6 \- h9 `9 q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   / H8 c2 @+ S8 O# A' O+ v5 O* V
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , u: _9 N7 F. e9 k7 x; e
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   3 N! N7 g* x) A- p* |
10.             STD_HEADER \
    8 j0 ^% ^! ?; P
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : R+ B7 Q. m: i
12.             "\r\n" \
    $ c+ D9 M: U$ Y0 q* E1 I
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . i8 B% W0 O! v( o5 G  v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) F7 @# w% W) g# i  I. {* s
15.     {
    $ q1 y) H% u& O4 |0 v, `( v
16.         free(frame);
    9 l9 K) H: h. k" Q
17.         return;
    5 J1 Y/ b5 o3 u% B2 R% }) ]- K
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" \
   ; D9 J* z4 y% A5 T" {+ H' [5 Z
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   * u" m' `8 G* p0 h  w7 a; `0 D
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 t2 K5 B: w! c
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)
   ! d# r/ f; R; o( H* r6 ^
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . I, C& q# m! F$ 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。

! z' n/ }9 _6 D8 f

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, X. {0 o$ D" \! ?  V& ~

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))
   9 A2 A& Y5 R" s/ B
5.     {
   & \4 o; L- s% J# `: z1 r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   & A  w* M' b. C- {: J
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 v7 K& Z" B, O, `3 L+ U( Z; w
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    3 W5 `' f' T5 N1 `3 C: y- j
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ) P3 w2 h/ {2 _  S9 [
13.     return 0;
    % Y& e5 D9 ?5 x: ~
14. }

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. D0 j5 {( U. {% h8 g- d% A: J
, K+ }% b* O$ j; g0 K* T' t1 v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：

1. while(fend > 0)
   1 A7 P) j) d2 E2 r0 c7 X( E) z& K
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   - F2 P' p; Y" R- m9 Q3 U6 u
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 d' w( E2 ]! [  X* h% r4 _2 w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' s0 T) H0 m% D1 [" r
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   , W& _; e2 G! l9 c
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    , g6 @$ P+ Y+ B: A
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " t+ e1 K, o; I8 w4 ^1 P. a
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      g8 f: Z  |/ o4 ]
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    / O) @) _( _9 F/ \
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , x7 p6 @, S! u& N7 o. X# @
25. }
    - ?2 m% o: f4 J2 Q% y
26. }

复制代码

  s3 g+ x! R0 b7 I5 u6 q

# Z  K% t' B# \. G! t7 C3 u0 wiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html