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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+ R+ J$ ~: n8 P. G# o, b( |

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 d& ~7 Z5 R& K1 `; W  S
1 O% D% Q$ S# {

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。

! k  [0 J2 h+ [8 X5 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。

  
  4 L. f1 K& ^4 F* S# T5 h) {

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
. }# W/ S% d: t& h% y  E; \

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' C  \# J8 m9 a2 W  Q: l8 n
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 i; O6 q  K. W% i& m6 n7 f0 Y) R
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , d- q/ M$ @9 U9 o7 b: ]5 Z
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   / P! \: w8 b5 n3 g* t4 `9 y: T
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    - g% ?4 O) |, B7 e. S! p/ u: b
15.     int on = 1;
    # L$ D1 [* V/ N- h" c1 ?
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , Y; E+ W2 o2 i# v( [# v1 l& V
17.     {
    0 I6 K% ?- |2 u- J+ V
18.         printf("setsockopt error\n");
    : j  T, z: s, j$ w) |; x8 q4 j: j
19.     }
    ' \0 t; t" {8 h, ~# ^5 S/ M6 b
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ) i2 @- m4 M& x
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & x4 \' n9 H; N8 S
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 ]4 V; d: l/ y4 X& u% t5 R$ i
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    " N& R) G; Y; l) R7 h; 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);
   $ ^9 I1 Q! `7 A" O9 L, y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   + X1 s1 t$ H5 k. g7 ?2 q
4. 。。。
   
5. while(1)
   0 C6 o/ G( X# a( Z
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);
    
11. }
    1 G' i# |( E& F, `+ S) m
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;
   % N7 S) E$ A# A! ?" e- H4 B
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   " e1 i. h3 [2 v6 f
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;
   9 c, }0 Q# F6 M3 g6 ]
2. pthread_cond_t pct;
   6 C' p; @! x) k1 F6 g: e
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   7 C- p0 W$ H; b- w, b; I
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . L  U8 K. m. L# H$ v
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . v3 r( z  |# p8 S
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    " W" g2 J/ D6 n; h- R" t& G* G
12.     {
    ! F1 U% E# Y2 w! W0 {3 k' j
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    : P- @0 f1 d3 i+ t
15.     }
    
16. ...
    + i. O; B. ?0 q
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" \
   & ~1 i  T6 O% e7 }5 `5 U3 r+ L
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   3 d: e8 ^" ]( e1 X5 C; |
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   6 S7 \( {2 k% a3 S8 ^8 _3 F
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ) C& i$ I7 E4 w
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    / |& i6 ?9 [; |/ K# a4 M6 [1 M1 l  k
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.     {
    ) x# T: |+ |3 d6 z: O. |1 b
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 f+ ]/ z$ \7 J3 Q- ?5 f$ K% W! A
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" \
   4 c4 p- q$ E" R# D. g
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 }' k; e$ B7 B; J; S
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)
   
7.             break;
   3 ]% E+ f+ m  ]7 p# B+ j2 p, L
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , Q4 m  M" C0 C5 E' `0 G# o
10.             break;
    " g& U! o( N; m, [7 A/ {& I  z( I% W
11.         printf("sending boundary\n");
    - E, e9 Q0 g) j: o
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      B* j) ]& Y0 v: }4 k7 B
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)
   - W2 n+ c! F: l' J& g' m. Z9 s9 [
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   & B  S  x9 E; J% Z9 b% j
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   : ^" G: v$ S: @! t/ g; k  H
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " B6 y# i; Q$ }3 X6 E
7.         return -1;
   
8.     }
   7 i4 D: {: [2 }1 h- o: R$ G
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / l# O% {1 \% N9 ~6 B. t8 W/ ?
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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)
   # s  K' X. }" D- N1 D* ^1 t
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 \  P! ~2 a4 y7 V" g: `
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & E# u8 C0 m' [! ?* `: {, @
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 W& }* U9 ?- y: Z* E
10. else
    
11. {
    ! M4 E& `8 ?5 f# w
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    : q5 a& ~0 k0 m1 o, Q
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    8 Q* @, Q$ v' O1 q, x% X# j
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    : q1 J9 m8 R, @1 v
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    9 u, \2 K! z8 N
21. }
    - Y# y# n. N( }5 w! |" P
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , ^) `6 U9 V3 J6 b  `
25. }
    
26. }

复制代码

9 ^/ |3 F9 {1 l4 @" j+ }9 L; _6 E7 {

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html