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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( H7 r" `( |. i% t4 R6 N+ w
: j  M0 {8 Q' |

$ q1 y( n2 E0 ^4 y, o

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。

$ @: D3 l6 b) \4 u3 @0 p* m! N

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。

  
  * k8 G+ J) v  X2 P" T" k/ _; s* ~) }

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
( s$ R4 T6 p3 Q4 n: T4 T; e1 z" {

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 g, V' ?% W: n8 z5 n# _* m5 c* M
2. {
   * f; H5 H4 r0 x9 |
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 [% `4 t7 i3 B: [: u* Y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 `1 Z, X! F8 K) L* E7 w) h
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;
   : ^' r# \0 J1 Z! w. y% s0 E; w1 N
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      Z# r2 m. V& T& H4 s
13.             return -1;
    + d: j  y7 e4 J/ A
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - H% t  [0 h4 U/ d3 ~  Q; q
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % N9 \7 E% l3 k" c# z
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    * f& B5 @' `) S% H- S: r
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    " I: ]- G% ?. \. K! r
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    & z( }+ [4 |% I; Q$ b
27.     {
    7 R" z/ Y( u; J: B( b* _
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    # ?% h. D# w7 l: g
30.     }
    + v( g. U7 T; i# U, ^8 P
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 b6 ^( |" n# {. ?" |; S
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   2 p' X+ H3 L+ x7 S" ]3 N/ T8 o6 E9 E4 Q
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 P( B" @: z: t0 q" M6 b$ J
6. {
   
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);
    9 n, C, Y' ~+ m" I, Z" S# j
11. }
    
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;
   
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;
   " j1 L) u: w6 C9 N8 F
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   3 d3 S" A8 Z# v2 c
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # F: M. U( Z5 P1 c+ h! P
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);
   . {/ Y& v, z3 c' k8 Z( _2 h# r: q7 _
10. ...
    
11.     while(1)
    ( N- n% K# s& u" i7 A5 h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + T) W/ s: O& q& h- y
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;">
   5 B% t/ B' P  I4 {( y9 k
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" \
   : o) w  J1 _* v, P
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   4 }+ }5 {9 H( [! I6 @! j8 U* F
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" \
   , \' d1 S- F' N" C
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' E5 r# O, @! q: F* a; H$ B$ }
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 \
    1 e/ S' _  s8 d5 r% O. ~, H7 `
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    : `/ g/ \( E$ {1 }  F/ L/ n, R+ m
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . Y; u5 s8 r+ ]( g: c. k8 I: _4 w7 G3 I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + X2 Q: C7 R2 w, \) A
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" \
   ( B8 s4 s& D/ F1 e9 M
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 C7 z- T$ W5 t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ' k% s2 V2 W! v7 u0 G
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   9 I7 G7 j) z6 f( b! }; L
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( n/ r4 ?4 x* G) ~
7.             break;
   5 l' m7 {, R: k3 v/ Q9 a; U
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 j! R! }4 U2 a3 ~% F) M) f/ ~
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 J! }" c, N0 N6 ^( i
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 D. [+ r4 l% L& Z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   1 r% w1 o. n- J4 x
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   1 D% k* A$ ~) a  |! m8 {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 [0 T' K, y7 A
13.     return 0;
    
14. }

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8 t" c9 c& H" T2 s6 j: p4 E+ u) y- `
, u+ E9 E" c- y( b# k2 ]5 ~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：
/ r$ n$ v9 T; o. L/ \# `( Q

; G  Q+ D; q  }+ e  l: M

1. while(fend > 0)
   * r* {+ D2 W4 H
2. {
     H5 |8 k  X* C6 P/ ^
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 i7 h& V, `: m% k* ~- T
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   1 R6 R7 g6 ~& z8 Y* E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   - P0 P" C+ [$ H+ @+ J* L9 C: Q* b
9. }
   + w( t( a7 g/ j# H+ {! ^
10. else
    
11. {
    # ^( d/ t; h* f, E9 G' d
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
      ^1 R6 ], ], q+ U
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 [4 T) ~# m7 V6 a
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 V2 t  l* [: Z
17. if(sendbytes == -1)
    0 C. U5 S: L4 o6 d
18. {
    ) Z2 o, V. I" n' ?3 R5 k" P1 Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    # Z0 Z& p1 J9 Y/ W3 z
20. return -1;
    4 D2 s6 f2 r) I8 w( ^1 a
21. }
    + P# g) B6 ]# L6 `: e
22. else
    3 ]9 l5 J. S; }8 Q; G
23. {
    4 [" n. p7 r+ m: S* Q# d' D
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    0 s) f7 i, g  b8 T4 E% T* d
26. }

复制代码

' P/ B1 L5 X7 X# k2 {iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html