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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! G2 k0 b' H0 L( F* w# }

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。

( t# r) z5 O/ {1 ]9 Q

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。

  
  4 K, T! r" N, |9 w4 ~# D

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。

: M8 _( C* F) r" A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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 i' t* D# M+ V! D1 i7 L: a9 K
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   " M, w/ ]8 ?0 l; Y/ M
9.     int ret;
   , D# A8 T: P4 `
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    8 D! B7 n4 q! j6 t) C
13.             return -1;
    $ |$ s3 g/ Y- ]5 R5 |, c+ e
14.         }
    
15.     int on = 1;
    : [2 ]' Z6 u. u3 _1 N+ I
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 F$ O" L+ D, [: j! [
17.     {
    , p2 ], P/ @) [
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 Q# ~% F, T; [" J
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % @" a5 `& w, p, N
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , ~" Y  b3 G; F2 o; P: T
24.             return -1;
    . k0 ]4 H# c3 n+ K
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 n6 d0 I1 n$ u3 q. B' G9 k/ ]( S2 `
30.     }
    
31.     return 0;
    $ ?" w# X3 ?. |+ P6 b: w
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);
   2 T' L! D+ Q  W' V* k
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   % e& ^4 o+ Y! u+ R, R3 M; L
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   8 ^  G* \( g  y2 w8 _0 G
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 T  O8 q: r2 l3 P* s! p7 p
11. }
    $ l1 g9 M1 S4 J% y- C
12. 。。。
    $ F4 {) W: V- ~, r0 M, s0 @/ ^' k$ J  k& O
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;
   * R1 d; P$ a9 w/ |6 o
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 m/ p& g4 j' @  y) N0 X
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;
   ' k4 K  p' M" D& ~
3. int main(int argc, char* argv[])
   0 `! k8 R2 b# M1 D
4. {
   ; E7 _: G" L* |; z
5. ...
   " p4 D, b- `2 }
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);
   + \* y( Z) E6 X! s" e/ M3 J$ e
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    " n3 g$ Y5 N- d* e: k% Q
11.     while(1)
    , N$ k, y# o  W
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    8 E( l; q% O  ]7 l( E2 j  P2 |# M
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" \
   / y& Y0 o  g6 j
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   0 z. \/ s. E- o' v
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ }1 u& v) P3 G' _7 h' E1 d3 A
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' j( }! l" V9 Y* e2 I, r
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    8 p' Q2 h6 |6 }1 ~
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ! h( d- D( |5 _# m8 {3 n6 T9 Q5 m" O
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   1 `: F. H( C# [, y  l
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( J! Z! r5 L# e7 ^5 S9 A
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。

/ e. f4 Y, g+ ~# {3 L" s

0 W1 X9 h1 a* b& U二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ R9 P! O; K4 x

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ' Y. Z  a% N- g" g
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ) @, Q" G& `" B% _9 ]4 B/ K
8.     }
   : U7 `# u8 r5 ]  f
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + I" G" c) ^9 M2 E
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + y! @. q' M4 t2 c/ b' ]
14. }

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( b3 x6 O' p% T  X! D" N2 {
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：
! V- }" F0 o( j" r8 C( m" A; i
$ Y8 @' |: O- |6 j
# g& Y" Z- t' m, a# u

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / d# t, ^$ a7 C7 ]2 b
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! f0 I; e! K! K- T. \' G  h5 x2 J
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ( x) C: E6 B9 j* W$ S! t7 @& A* y
6. {
   8 {* X* U+ d; g9 }% Z+ Y7 |
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    $ l- Q3 V) k; A' _/ _9 |0 A+ _
11. {
    ! U. a. U% r& l2 e7 {
12. picture.length = fend;
    4 U# Q7 |% X% p9 [- l8 n! r) T" \
13. picture.fin = 1;
    
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)
    ; X& k# n5 Z. S* s( A3 i0 z
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
      c. g( a& D8 y, S. o+ q9 Y0 k2 s$ R
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! Q" b3 G4 f9 ^* f7 z  c: Q( A
25. }
    + J( C6 Z" D5 I" D
26. }

复制代码

6 Y. E! @$ g5 \9 Z1 |* w4 R) o

+ n. R& L2 ?, D: Y
+ {, p+ F4 Y  b( ?* b, }! b$ A$ miMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html