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 }. [) D! ~6 ]+ q

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
) T. p% C5 b3 e

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。

5 z# q2 A9 F3 h/ R7 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。

  
    w8 M3 ~8 Z; Z! V/ }0 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。

4 u4 I& z1 E* A: x' K* B+ ^一、HTTP网页服务器
+ q: @2 y3 G, k( K! ^4 F  @

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. {
   2 r) P* W' t/ J5 a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ R8 q$ W  y8 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 @- J" R2 J8 Z. p1 U# X0 k
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 c  `8 K9 |( h6 }: G5 k
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   9 P. J3 g6 j2 C$ E
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( K5 L2 ], B+ b2 `& X9 g" w: D
9.     int ret;
   
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.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ! q4 T, S1 @4 H4 N; M9 f) r
18.         printf("setsockopt error\n");
    8 y) R2 T9 E* v% O8 G
19.     }
    + D+ V. F/ Q9 e3 C3 J3 o+ \
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    & M& g$ Z1 u9 T
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) s* }! w' p& V6 e, A' Q
24.             return -1;
      ]' M1 m! W7 h8 n7 \) z; |
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    & c. c3 J) m9 \' T- }' x
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ! v) H  z& U/ k& ?
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. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ' `+ a% Q* W- o( C( b
3. {
   # h) v/ @2 Q, h
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   3 I7 t2 R- m4 L/ }& k
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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;
   / @/ F, a0 `. I0 G4 w7 g
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     c. g2 J( ]: l; z* A
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   + }; \1 P' I- |0 ~3 F" m
4. {
   
5. ...
   ! N, a1 L: k( D2 g: J9 I
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    & u! `: u. h; n6 R9 R6 Q( I, _
12.     {
    7 E. a+ a2 e& q0 v6 o3 s8 }
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ ~$ d% P- p5 P6 L1 s4 v3 J, Y
14. ...
    + m2 k2 q; g3 f+ O+ L9 u
15.     }
    
16. ...
    $ ?) {# C  g" D% G
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;">
   6 I! \$ u" A( P3 S
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" \
   ' q5 H* k8 s3 N  H4 O7 z) Y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , r  f/ T9 K) z  ~
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"
   4 q3 G. r, B' i
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 \
    2 Y, y: M+ L, B# x4 R
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    9 u0 U6 D8 V9 n4 S9 R
12.             "\r\n" \
    : @  v; G  }/ b
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 q0 ^! U  \- v, i' k" O+ H
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - Z; `. ^- [7 o. X$ N3 }3 z
15.     {
    $ |& q" S( S5 \$ {$ b  k6 Z
16.         free(frame);
    : K6 Q+ j$ T/ r
17.         return;
    # F0 Q2 `  D) t; p
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)
   8 f8 M' Q- b1 ~+ M: ^
7.             break;
   % W+ T) S2 t4 _) i
8.         printf("sending frame\n");
   0 B7 \$ P( y: Q. C0 s7 s) o. ?
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    : K3 w( F' V! K5 u9 j
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; p  G) h, i4 l, s0 U
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. {
   - t: S6 [' w; g1 A
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   $ V3 R* H7 ~* P: n
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   3 U0 ]9 z1 ]  v* C" z5 K
7.         return -1;
   " ?& e1 R" ]  |" `3 q5 z
8.     }
   2 Q) f) H0 z# C: k
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 q0 X8 D4 V" ?) o( L
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    : G; F/ u8 ]1 C9 ?# b, H9 G
13.     return 0;
    
14. }

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  f/ e& y  f; E  [! [
/ o: @* W  ]3 v, U3 `' X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：
( A# Q6 L3 `# f# O3 @2 N9 w# W: q

" V: x+ e! |/ K$ z- ~+ ^

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + }) x9 e: w9 j: p/ i% `3 s3 H: [& H
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   $ R# y. N( w* d. V9 o) Q( [
10. else
    6 O2 f. p  t  V8 s3 R$ T! a
11. {
    ) Y; o. P2 c; a& W6 j* f
12. picture.length = fend;
    3 Q, e6 ~- L( 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);
    & \- L1 Z" j+ e
17. if(sendbytes == -1)
    : A& u/ A; y; ?8 ?. H) E
18. {
    1 M- G3 P) |% j$ d: v: U
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * C2 O  T6 K& Z' z, m  X2 H
20. return -1;
    7 Z0 `  N3 i. ^: |) Y7 ?3 m% o# H' B
21. }
    
22. else
    
23. {
    2 l' k, l* X% k
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ' c5 T4 M! G* g# P8 u. b* Q4 c% V! [* j
26. }

复制代码

( h/ N/ B& z! g  d: H8 y

% `( I0 g; j, H8 X6 F. m; p2 o- k2 D' b
+ i' c, L4 S6 P* |1 JiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html