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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0 O- l6 }3 q! Q  ^2 A" H; L" x

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
8 Z/ Z: @1 h. D2 [. j9 R" b2 p

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。

7 L% f$ d& b# A$ J) l9 f  C

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。

  
  . {2 {, \$ |: l* h6 @! I0 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)
   : {7 ~+ A+ P* J; x+ r) O
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " i- B/ O% f5 R1 L& j
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);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   9 D( }2 ?/ G( s5 N& P  Q( O7 U7 o
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    # H. R  `" {9 }# I3 d. r% _+ K
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    6 L+ O# H* ^/ Q, I
13.             return -1;
    
14.         }
    8 s; u  S) r: s9 v. }" c* ]& n7 a9 p
15.     int on = 1;
    - B/ E, @8 a6 @7 X# {4 `
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 F  G, f  h- m" m' A3 O
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ) z' W8 D: d: O9 H: F5 D) ^# U
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) L" [# U/ V5 C2 V. h/ \- p
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ z1 l( F# S: s/ f- w5 w" b* t* C$ \5 y
29.             return -1;
    # _$ X% M; R; I
30.     }
    ' f7 X8 r! ~2 j' M8 ]; h8 V2 V
31.     return 0;
    & m  H1 E1 V8 }$ E* j
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);
   6 Z; q, f0 i2 }' I4 `/ a) ]
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   4 E& B- x2 F1 z9 L2 n% @" a
3. {
   / {4 J% h- A: P  Z2 @
4. 。。。
   ' Q0 }9 Y/ ^* }5 f+ Z
5. while(1)
   7 D( s/ N& ~. y$ M
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   . [) S  L  v2 h/ V+ l9 I1 f! P
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # K& D" S" e4 s. I# R3 v: v2 d
11. }
    
12. 。。。
    % T* I6 [0 p6 ^0 C' q! v1 D# U1 ^
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;
   ( g) ]2 Y# P1 [
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 Y2 a- p; @  R
2. pthread_cond_t pct;
   5 L. |1 J( w6 K, e4 \) M
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ; u' q' k+ j" a- |
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   # H% h% n9 l. t: A
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , c6 [7 P: H8 ~. `. b# i% m
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    : S# k2 _- I' a' a" D7 m4 V$ |- v
11.     while(1)
    ; g1 K: e  Z% y* l( n4 u
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 w8 P8 ]7 j+ h
14. ...
    4 }) E" P' s  E" h
15.     }
    
16. ...
    6 D2 D/ F% u* J# G3 w
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" \
   ) d+ v0 W, f$ H; n" T, s1 |% F! j
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   / h" V6 Z1 Y% V7 `7 c3 s5 I
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   % p5 R# n0 i; H; C2 y
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , I! ]  {; E+ m1 l
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" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    % ^- B" Y. f1 K; c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) Z: m* v4 W' {9 T( V8 Z
17.         return;
    " ?- A' t2 r/ \, N
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" \
   . \1 J0 e9 z- m& j! L
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)
   2 I% M; @$ z% \+ |: q0 D
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   + ^) C" i8 T1 P& H
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ Q2 v; A7 _6 f: R" W9 c9 L, ^" P
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>

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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。

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. {
   % ~3 L/ R: T' o3 d5 x& D% _2 q, H
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : _& q3 d' o2 |+ y
4.     if(*socket_found == (~0))
   9 f3 y; }; r* d
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   & P& B  P- {, N2 v" I
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   , L4 V) x3 |* L1 p# d2 I
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . S; a, g7 F( y2 g# I1 }
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    7 o# K% `) P, s# G! O! B4 M: u* u
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

8 `+ [: B4 G6 \! N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)
   + k  d) t0 t7 ^* t. C
2. {
   ; E! P: W- z  q9 H
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 a* M9 h# w5 k! ~. z
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 D  E5 W0 Z# E2 ]* m! s6 _9 S
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    6 V. z: N6 E; j/ r
13. picture.fin = 1;
    " q$ y- V4 e% {: \
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( F7 I3 S% w- P  L+ w; G
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 ?' a5 E& K! D
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ! o! ~1 l' m2 s/ ~
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 P0 z* W: v. A5 F# _
20. return -1;
    4 d: z, k6 z/ e$ C. `# C) Q
21. }
    
22. else
    
23. {
    , @9 R- ]1 d9 |5 f! A, R9 X9 O
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

! d4 V2 J; K! [0 l6 c( ~& V

2 y7 W* s2 ~) L( d3 O4 u: {
" ^" C& E3 F- ?' c. f; C) }9 t; ?iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html