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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3 u, z! f( P- m* o

; W$ @0 B2 k* B0 J; h( J2 t

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
% Y9 o" s, M( {9 }
/ b  P" c& |' j$ G

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。

2 F1 w- n8 s3 r: K7 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。

  
  

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)
   : H+ A( U6 L3 g1 N2 r
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   1 O7 W; X% [$ H; J2 j- S
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , C; r2 q& D* v5 w
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   4 x- W$ Y4 y3 G0 P) w3 n% ]! j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   + v3 D. q1 @9 F  I" }
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 G- ?, b+ U5 [
11.         {
    ( u/ D. R9 S2 O$ `8 _' V$ ]& b: }
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . K+ W( ]/ X- E& u5 I+ ~
13.             return -1;
    9 K) P) ?9 d) @- r( c6 t$ h5 j3 W
14.         }
    8 a3 z, p5 `/ E* e) c  p8 s
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    1 G, P2 U& u: N8 f  o
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    . A. x% c2 h0 e
22.     {
    ) d6 `1 L) r; M) \" Q! ^+ n" d
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    . h! H0 [8 J! V7 E4 k6 s4 m, z8 q5 s
25.     }
    5 i- n2 A& r) v; ]
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * j: M- `# h- d& e3 l9 P$ F
27.     {
    , B% Z8 F$ C, D! I, e
28.             printf("Listen failed!\n");
    & ]! R9 B# p0 @* Y2 q
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    1 S% L# A" O; t5 }
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);
   " Y. Q8 a- Y, ]' A2 K$ o' Z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   0 ?7 Z5 W. ]4 t% E2 b2 r
4. 。。。
   
5. while(1)
   7 |0 @9 b3 L0 S
6. {
   $ w& y6 N6 p4 w" a
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   / a7 o- Q' \6 E1 m' y
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
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;
   9 K- H4 h) R/ q+ S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 b4 a! m( I0 O( e
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;
   ) Z. w+ M5 X2 V) Y
3. int main(int argc, char* argv[])
   2 a! S5 y, ]! [# Q
4. {
   
5. ...
   0 R! n( W6 p0 c2 M8 P# T
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);
   % P( [% x3 |1 s) N+ t; R, r5 y; h
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 F, q' T# V6 `7 e2 L
14. ...
    5 ~" n5 _& j# f. V5 p9 Y; d: i9 Q
15.     }
    ' t9 j5 H- \3 y% T, j. Z' t' G
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" \
   % u" c1 x7 [; Y+ b8 G* _
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : D3 [$ ]+ \; m: j% n& G0 [: D* E0 }
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   7 Y3 y- b7 z% `* z* P5 `) R- P
7.     printf("preparing header\n");
   & w( o: |$ f. v* y; j7 {# K
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    , @/ [$ g/ F, y" b6 q0 a
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 l% o8 D) n3 X" \) l6 Q
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 D; h7 L8 g- D& M+ p
15.     {
    : ?0 C/ R5 i  C( u5 S) R* N
16.         free(frame);
    $ R# J9 w& Q4 B. l4 g% C1 Q1 Q+ W/ \
17.         return;
    , _! @& s3 T, ]/ y
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" \
   3 o+ c  E2 I( a- `3 U# Y8 r5 j
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 b; N( g3 x/ `& {
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : Q5 r5 k1 d. s  e1 j) l9 ?- C% L
7.             break;
   $ B1 n2 a: a# W- N  R* @
8.         printf("sending frame\n");
   - F6 b) I8 ^6 m- f7 M
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - n1 S6 @2 S# \% q
11.         printf("sending boundary\n");
    ! S: M- ^7 o% x! r' D
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / I/ M/ b6 w0 Y$ R8 g6 K" k8 [
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; T; B! T. G' j" S( C4 `- v& a
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 F3 b; K/ O$ |7 l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   # {  X+ f0 c, N6 O: W! U6 m
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   3 m6 y, O( I& R& j0 x/ O3 _1 n
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & q" W+ b1 O3 g* x6 k& e
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 _) h7 C& k5 A, p, K9 W
13.     return 0;
    3 s( F- Q  _8 ?, l- i; {' ^
14. }

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  L9 R0 V8 H4 K# e6 ?7 W! f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：
+ Z6 @' {' |1 y- s7 d8 w! A2 h

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " @7 n1 Z2 l, E* ~5 G; l, ~
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 H9 j. m: y9 J. B$ G& Q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   7 s9 l2 R2 \! M+ R% ^6 r6 A* Q" A
6. {
     f8 Q8 n4 w2 U- y2 J' \7 A& o
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ; a% P- }' |( u; |" Y
9. }
     e2 E( b3 ^9 w  b
10. else
    ( m- p, _$ g( h- o, b: p' m6 [
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # h* X& }4 D  F, A! _& l9 w7 }
13. picture.fin = 1;
    
14. }
      ^$ P* W, r% `$ W0 A& c: h
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # M( \' M. S! f1 j, I+ g5 B
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    2 c& n4 H6 V. E8 f' F2 _4 w$ B* Q
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    / Y0 g# O/ {5 W1 y7 x+ E
21. }
    6 R* {% _( l1 [: A! m' S! m
22. else
    
23. {
    + U$ v0 ^/ Y' V- P
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

2 @* c/ H3 Y% }6 Y! TiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html