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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4 c# @* D: G  g# }1 E% N

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。

3 T, A( s4 A3 @! s% F8 I1 f

! n& q/ k8 K+ @* p* _. Y+ i: l

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。

  
  ! a* \, @0 a# u) n, f, P

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ f% w& m: c' G1 o+ X. z6 p
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 {+ F6 S) s: r( c
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; a, L1 }- ~: g; F6 G& [8 j' j
9.     int ret;
   7 Q# I' H0 ?7 K4 A7 }. g
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 \9 C' p$ W5 Q4 I
11.         {
    - G% X1 o& W6 ]  G2 U# q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    5 j7 ^7 }% Z$ q# H
13.             return -1;
    
14.         }
    % q) r3 m/ q/ @$ A# N) U* N& [
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( P$ A6 u7 X$ `+ c- ]' J' q: k
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ ~# P+ G" R' E; ^. c3 t+ j- K1 U
19.     }
    & M$ g' Y* m4 r3 h" L' }5 E
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # T: a/ W4 T+ \" `( w2 @
21.     if(ret == -1)
    + J1 j: R3 ^0 C& O/ |
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , Q/ U' v( N8 z, H1 y% f5 f
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 N0 E1 G3 v, P3 H
29.             return -1;
    
30.     }
    ; E! N* ]7 k: b( i5 Q; E
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);
   " S& }# S, ?: |6 p6 ^
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , x& G  q; k) @6 U1 g
3. {
   * p* `* ^& E5 u7 R0 X/ H
4. 。。。
   ) {' M4 _2 T9 {# g. \. h* j/ x
5. while(1)
   
6. {
   4 m4 M( T) q5 c5 U' H  D' ?( v
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. 。。。
    ; y- M+ b- [! p* o. t* l: X' |
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);
   % \) `( d8 T2 W' M% z" A5 L
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ' O, \% B# R2 p/ V4 p, \1 ?
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * }1 n4 D! B2 t( V/ j
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   8 v6 f3 K9 d- }; ^. E4 Y3 c0 u
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ; z: k' ^* z' E! H2 V) V9 V8 ]
4. {
   0 V4 D# o  f, l0 d
5. ...
   6 F  A5 _  M' ?% t4 Y# S
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   5 y* U: {# ~2 Y0 ^& A! Z8 F: L
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : k- z) |7 _. p: r# q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   8 u) M/ ]0 B6 S  M  U
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    * Q( p5 `- w+ L( |8 J
15.     }
    
16. ...
    - Y  T  s9 f% z+ k' M1 v
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;">
   + \$ s  w6 ]: y4 m8 {
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" \
   # ]- Q- ]5 U( J. 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" \
   ' f1 t  k! c, h0 i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; K9 X/ [! Q& }8 S4 M6 _$ ^
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # v/ I: i/ p/ s9 |8 B3 {
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
     @& I$ |0 t% ?7 A1 F
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( W+ j$ o1 n* @- g% y2 {0 Z/ l, S
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' z% M% c( V& E6 `
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
      n; W2 i% ~) A8 _0 }
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" \
   ; l5 m2 P$ D/ c' D9 H/ L2 L5 R
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   # c' H9 w. ^- q' j& l3 Y, p2 E8 Z
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ; E5 {- f: Z) G$ V
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   9 L3 ^0 O1 j8 x, ~" ?8 L. Q
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 d3 `' x& |9 F7 z, ]! V
10.             break;
    # G8 X! q1 _& V* B2 F$ d2 t* z
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。

: M- E; e" p8 W! N4 T8 B4 r" i+ h

9 K, v) U) {% e* @( }+ G+ x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)
   " Q* `9 U  c5 p8 C
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   / a: B( s! @4 L
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   & `* I$ |; K2 B; H& d
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; j) d  c. n$ }
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 x* A% L& g( N9 t
13.     return 0;
    * U& A# o8 F1 R; ]! \) {
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：

- K  V) O$ T4 s8 N6 D4 L: [2 X
2 w! j# ^/ r5 S! L! F; u- x

1. while(fend > 0)
   ! o' c; y' t8 a
2. {
   ( D: h! }2 L4 R6 B+ Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 O, h$ A% f" Q( c; z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 {5 \$ e3 D' _' c3 i; B; q
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   6 k$ K5 Z( c, ]7 [
10. else
    " f, Q. P  @) }  k1 k
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    , u6 N: G1 P( y* Z5 O$ u: u
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * e) B4 s# i7 s0 C/ o$ |
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " h- }7 x4 j7 s8 K0 x$ m
17. if(sendbytes == -1)
    + k. I+ l) r2 Z
18. {
    1 b  b/ H9 v9 l! P. o
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 p& V, V, ~! `6 G
20. return -1;
    " r( [2 o2 }# \, d
21. }
    
22. else
    $ ?- l9 ~/ R% f
23. {
    7 g4 F  p5 b. q& j- F
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    $ [1 j  l' x9 Z) R% x5 E) l# ]
26. }

复制代码

! W9 N( `4 G, g" N3 P+ `5 r' ~

! a7 Y' [) K' p* U2 |# T
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html