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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) B, O% v- E6 V& @9 g7 D& i, |

  T7 h  |, k0 U( x, m0 [

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
6 \& ~5 T: b8 {# h' C4 T+ ^

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。

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 {8 f/ \/ x, ^/ |* N- Q% m

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)
   + z5 i! l9 c2 z4 p4 R
2. {
   0 e) z$ O' q- W8 s- g6 ~0 A2 a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' R: d9 ~) ~; r9 Y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' y6 f7 N% v; }6 X+ k' o
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    : U2 I" I0 Q7 X1 A, T  c% f
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 ~, ]# i  i7 P( [, x- Z2 T
13.             return -1;
    
14.         }
    - Q, O# z- I) N! |* b1 ~
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ! O! I9 b# y: w9 q' J+ E
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    7 ]! ?. M; |. @- l2 D; V
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    1 F& Q: x+ s, ~6 \3 K: v
25.     }
    ( Q* D$ X* Y. c% n0 T
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 z8 i! ^, z/ G+ u
27.     {
    ' N: d9 Y/ g: c
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    8 ?2 M' g; M0 e2 Y9 c  V
31.     return 0;
    3 Y  [  p* G$ g  _% r' e: E
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);
   4 F& h4 k/ n5 A7 q* k' ~
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ) v4 A5 i. ~9 [+ Z) O! t
3. {
   $ Q( C" W, V& P
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   3 n% {0 n  Y7 q) E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   % L) z+ x$ q# k* Q
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ( V4 J8 E$ [# ]
11. }
    7 B" U) z0 o3 R, w+ f/ s9 l
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);
   , S: ?6 Z& a' n) i  g) s
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 z+ ^# E4 m2 D
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; C6 u( e5 g8 t# o& 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;
   9 W" j; v7 ]/ I0 }1 `% O
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   $ B% y3 r2 _. ]4 Q
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 n! n1 ^3 Y" B) n
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   9 k4 C6 n4 V+ x( C3 O& d; f) {+ K
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    1 o2 @2 c9 D2 ]/ g0 x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
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" \
   
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 Q' ~; [3 t( A, l8 i7 v
7.     printf("preparing header\n");
   ; ^' p7 T. e2 V. L, w9 @
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 C8 H2 X7 m  R' J6 }2 ^% C
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    " ]; U0 I2 `0 B4 Q; x
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( l4 }6 {& L/ D) x2 G( t/ R+ j
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    / O4 ?3 ?9 J7 R/ Y8 l3 i
16.         free(frame);
    
17.         return;
    $ O& l$ l6 g/ U% ]
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   $ F; h2 L' M3 A; ~- @
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   0 ]1 v# `* N5 z% q% _% x
10.             break;
    : m' A' R+ M1 F& }
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。

4 B: H* ^  @$ N: V, i4 O" q/ ^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)
   ) b7 S; H+ e/ w9 D
2. {
   ! g( Z6 l  H, @' b, P1 }
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   1 U3 a3 @( l% Q2 U. v; Y
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' A0 v, q. @5 \4 e  x. n
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);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ g& N+ M; h& t1 N
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 w# v/ a7 l4 N5 |- }
13.     return 0;
    
14. }

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- s) ~- x3 {* Q
7 b7 I' u' ]7 o: H: _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：
( `6 s! P9 e5 z6 P& ~$ X6 M3 R4 _
2 W7 ~  X' {% b( \- F. Y9 K

1. while(fend > 0)
   
2. {
   2 P) ^6 d/ t# @! }5 [& g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; h6 }) m, ?) D* o+ a7 m; w5 Y
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 b4 r8 B$ j2 n% U
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    5 j( ^) B- o, F% J
13. picture.fin = 1;
    / k' F- g* t) ~4 ]( \; Z
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , Y% X8 \1 j1 x+ W9 s& [+ l3 a; V
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    % ?" w0 G! T0 H- R0 h7 \/ X
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    8 b7 O, z/ ?  y' F  w6 s8 O
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 W; {3 [( O2 f, r: g
25. }
    7 c7 j; v0 ~& j3 @/ o
26. }

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4 f: C0 j  x, L( v  j6 ^8 J& ]: E5 N

8 k7 N2 m. K6 \8 F9 z+ _3 n& l' U- A& U
& X) O" q2 p4 H, RiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html