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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2 m# U+ d$ ?! }' Z$ e3 ^

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。

4 w" m4 I; E$ X# u. k

5 e. v0 C; ^6 X6 D0 a3 S5 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。

  
  / c3 I# L: g) A9 F! s( _8 {( e

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. {
   ; e) H5 X' x( V2 w7 `
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 G( ]& C# D2 z. W, ?5 _
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 \' j* q) T+ _8 m" i" d* {
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * a. k9 }9 a* X( N
13.             return -1;
    
14.         }
    ' P9 s- O/ A+ [6 Y2 T8 l
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / {. q. `4 m! g* K, Z$ |" M
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; u- O+ U3 x+ a' C
21.     if(ret == -1)
    + G/ S- j! c& R2 z8 `$ G- F
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) q4 R0 M7 n- X7 \
24.             return -1;
    & `2 @; v$ d+ z0 [4 L6 T
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - K$ Y- {6 D, c4 d8 J  ]# [9 p
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    / F* D8 V8 Y8 C% N+ r! ^3 W
30.     }
    
31.     return 0;
    ' c* x* m# L2 Y8 p. D
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);
   5 I/ D( `7 B+ `4 |
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   # w7 e# E. y) g( |* G0 J
4. 。。。
   
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");
   
9.     。。。
   5 G! N( e0 }1 S+ [/ C6 j5 d- x& V0 O. X
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 B- K; {% _$ j
11. }
    ( l- @% d8 p, t6 p0 L% K$ r
12. 。。。
    ; ]1 H+ y9 z, e) ?+ @9 v
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);
   ! y+ {. M! s5 }  s
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - N& l  A% q$ h
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[])
   
4. {
   , `5 H% s  V+ }4 w
5. ...
   ! o  v6 U2 d, f6 i% G# t7 R9 B
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);
   / B5 b9 M6 L# ?2 X- s0 A' t
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    , |2 P* h  Q' W5 P
11.     while(1)
    * c/ _/ A6 O: O  V1 Z/ \; K2 Z# H9 x
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . u8 p$ B- S' i; O) ?
14. ...
    
15.     }
    % w2 |. K$ ]. C: e- M
16. ...
    0 r% _  }7 g. I% z
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;">
   9 {; p3 y/ K+ U) `
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" \
   ' a+ F; m) q; S; 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" \
   4 U- T- D" [4 [1 }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - g, @; q  I" ?' B
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 d# o! b4 Q$ w- }* C9 _
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 }: m) P1 g& y' M
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    2 \0 E4 E4 C# m% z/ A6 \! v
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" \
   & m. U  [  q5 k/ W2 C, H
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   # E( [/ E: U# L0 `$ s0 L" b
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   $ i6 o) |8 }- U% T/ E+ D% c
7.             break;
   " P% y4 m5 f* b; V% [
8.         printf("sending frame\n");
   1 P- ?8 g$ h9 N+ F! x
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % C6 z$ |* L3 b; c
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。

! X/ m6 X, l6 ?. t

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ |: p4 T! E1 j" c

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   8 `4 M, J, f- i8 }8 }& r6 M4 q: t
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) M( ~9 A( X) E
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' O. @; ]7 n9 k
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   4 P1 }$ P5 ~, }- ?7 `4 |
8.     }
   ' {9 E2 k' z  f9 ~# `! t" r
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( w- L- L3 f8 J0 w  V
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + ?7 A* _$ C0 g; r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

* g6 G9 R1 V  f* u  Y5 e" A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：
" P9 N. k, J+ J! H) p3 S
9 Q  _3 K  ]% j& T: `

1. while(fend > 0)
   ; p6 a$ H8 R" p! R
2. {
   " s4 Q" a, U8 A$ o, H, {
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " s* r: E: }$ ]8 i1 A
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ' {, B1 G- k5 u5 Z8 u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ! Q& `; ?2 O# U  Z& h$ T
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! c8 H& z+ Q1 e8 b; I4 E
10. else
    
11. {
    5 W9 q8 \8 C2 ^2 |: A+ f, d8 u
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    9 P5 [  s# i8 ^; ^
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. {
    - n9 a5 ]8 J! o- o3 P" G. u/ H) ?9 ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 {0 a$ d4 i8 D, o+ R
25. }
    . {. e" N0 J. t1 N7 p4 L
26. }

复制代码

# b: [6 u1 C& R  E" P" q; \8 f

& x% j! ^/ E- [0 A9 ^- d
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html