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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  s; y' w; `: P9 ?
6 \. l) }7 {2 f- f8 F

6 F: p# [' v4 p2 |8 j. k' A

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
+ m- b! j& ?% S9 v% ]- w3 V' O) ?

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 j, s  e1 Z0 o, `

" U! ^, q* e9 [7 n. W" Y6 [2 _

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。

  
  & h9 l5 @+ I5 G# |* r. p& J

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。

0 S2 M5 ~+ i3 O1 a, y" C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)
   7 K# n0 e1 Y/ y* V; x1 g
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   3 V$ F9 h2 t8 D$ S* E) c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   : \3 C4 y) F# L" A! `3 C' z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 `6 _2 X/ |! [* ?
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * s6 G. s# Y, S3 I7 E
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 A* U" A. a7 ?! @: ]
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # s! r8 Y; n; E! i
13.             return -1;
    
14.         }
    + }/ O9 @2 p- I
15.     int on = 1;
    8 w! [0 i. m3 A' [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 K0 c! I. F' H" @
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    - x" M7 B/ R, r0 v/ i" l8 b
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - C' u( @6 @. k! T/ f. S, l# @3 b
21.     if(ret == -1)
    $ u" l' I% A* b# C( S4 A5 s7 F
22.     {
    8 A3 r3 d9 A: S
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ' m% _  q. s! r# g2 R. n: T
25.     }
    9 ^) \+ ^& m, J2 r; i
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   0 Z4 e, r2 @# Y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   : @& R6 V8 d. \1 |' q2 T/ Z/ s# N
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # l8 V- ^* R0 B
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : S5 d8 |( P( `7 Y5 g
11. }
    ( v, \9 u  e6 O, J$ U
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;
   # B  @1 J8 K& H1 C" S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 ]& Q- r  }. G
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * c$ E0 |- U' w2 ]
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);
   * e& A) y. M' L4 j* u
10. ...
    ( J/ \& q2 j2 }4 p
11.     while(1)
    ! D. p5 T1 ?9 q' J: q: a& P3 y
12.     {
    ; a+ y3 E+ t" F* T0 q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    5 o3 n% A$ h5 _' z, j  C, |3 m5 |# p
14. ...
    $ o# e7 i( ]; j$ P, S/ S" q6 ]
15.     }
    
16. ...
    # s2 E3 u+ j' ]4 J
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   4 Y& y# [6 V* K* V4 q
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   / D; d$ O" W4 O/ b1 f5 q
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 G$ r! b5 W. ?& s9 k: }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , H) y8 i" {- I! p& ~# K$ D3 ]" l
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" \
    : q4 o9 y8 U% w- i
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 w1 `  M- h5 |
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , f% S. C7 E6 k2 v; h9 O/ J8 ~
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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);
   * ~, N7 z- O- V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . F) l2 U9 _6 _
7.             break;
   5 L* G# ]5 I2 J- S5 J8 x+ b- g
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
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>

复制代码

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。

+ t3 k6 ]) r1 @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)
   
2. {
   ) K. _% w! {% `2 W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 o) c3 ~8 x8 ]4 X9 X
4.     if(*socket_found == (~0))
   & C; l% {* D/ z
5.     {
   / B% r2 I* i; _
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);
    1 w: [% Q8 P; h
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

3 c5 o! ?1 c( \. M0 ^' k& }4 X5 _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：

+ W  p* t) \; f: z9 U
+ F  ~0 [' A) h

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ( I& H# W. H  }  C2 Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : w4 z4 m$ R9 q% V0 s7 A5 W
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ s7 U: l+ H5 `" p# Z" }" X
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ; I& z& F; Q) j3 f# Y6 F
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   , J( [, n' H$ `5 r8 @. a7 S6 X
10. else
    9 L8 V: u; x" [7 C0 Q/ `( A+ z
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % q8 x! U8 i1 w) O; F% E
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    - @3 {/ f$ E  C& L
18. {
    - N; W( Z/ n3 `1 \/ `) K& b. e
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    & @. H# w) H+ _# Y! x3 O+ [: K
20. return -1;
    ' b- z. ^' @3 z+ v
21. }
    
22. else
    4 f4 u5 D: \2 G
23. {
    + x7 `1 f# ?" J  L" B" w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
      v9 C" U* l% p* u" G1 {
26. }

复制代码

3 H6 F, g: L6 V+ n6 H- M, M# C

4 a0 l0 E* F! C+ i
! i* e( L7 Z2 aiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html