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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' d5 }- k" ^& q( D4 ~# 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。

" b5 H  r$ P4 a5 j2 _* g% m6 @

+ v( P% s5 o+ o" k! [3 ]0 P

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)
   * s  h4 K/ L7 X' R5 g+ Z1 V
2. {
   2 |9 h1 W2 W6 B* a6 z$ ?  ]9 ]
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ' A) \0 U  T, s: Q0 ?- F
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( @0 I) @9 v/ [2 Z
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    $ q" o7 ^" R4 o
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ) F. P8 M. O. c' e1 K0 a
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * k4 s9 z) C+ X4 \- F) c, |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ) X8 k+ ?& m5 s' @5 g1 P3 l" C# P+ I
18.         printf("setsockopt error\n");
    * Z! E+ `# h- B1 f2 e% d
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    3 t: @, e( i8 X0 ?% ?6 g* r
22.     {
    / t/ C0 ^( q# [$ h" R
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    - @$ F  n6 G0 \$ a
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - e# p) D/ g" Z$ W8 e; j( s/ r1 ]
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 V( E* K' d1 ]
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    6 U, X" M+ e" Q% j
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)
   
3. {
   , N$ e- A- E/ R4 y
4. 。。。
   5 I: {' R/ _# _
5. while(1)
   3 z! `$ N5 [0 ^1 Q# Z, V* G
6. {
   + y# h6 P9 W# h1 y( v; C
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 K- ^2 P3 _; l5 \6 I, }
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   $ I* d4 G" P" X) \1 `# W
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & o0 n. W: ~3 e* b3 C
11. }
    0 `/ j; O3 E7 x2 E" X9 y
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;
     v' u! u7 m/ t& R% ^1 x! h
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 O1 u  D( n3 [1 {
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 o( F' e4 f% v; d9 b8 E# S
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( k0 F+ Z$ o4 f1 |( f1 t
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 L) `- G; n, J( C
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   1 m5 O3 t, f( h* ]
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   3 N' d: s5 c( l. D; f! I; q
10. ...
    ! a" U$ m" c; c/ E' a. }
11.     while(1)
    
12.     {
    : p9 x5 P: K; [8 G$ R6 O1 ~
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # A/ b& A8 ]5 e- C. N* {; Y
14. ...
    9 u, B! L, ]2 b% W! M
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;">
   3 t) a& O# E0 F+ i9 W
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" \
   + k7 G9 c  z. S: h7 D' s% [
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + r2 L' }% [# _" q, 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" \
   & U! A6 d. z" T
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! }. K; ~/ f  o& ~5 I
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   7 m- I8 z- J4 Z8 n
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   # I9 Z  A/ B6 w& k, Y5 \
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    $ Q9 Z0 [/ W1 d# J% u; B: a
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / \8 p3 k* j/ v' D5 l0 C
15.     {
    
16.         free(frame);
    8 L( s/ q# o# V% {1 p
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");
   ( w# V2 F' g0 a* y
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / _! U  d1 G  e- `# T+ c; D1 q
7.             break;
   5 w( U7 _2 D$ W, P* G* s2 l
8.         printf("sending frame\n");
   7 P$ _/ L( X$ T4 E
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % _2 q) m9 B2 K
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ' h- v( l5 c) e5 r0 ]. s
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。

4 @! d9 ?; z, T1 L* `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. {
   6 G$ m( {) X4 J; V
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; m! ?3 B6 m; \- T  o
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) P3 M7 G+ U7 w- k# ?2 x! U& w
7.         return -1;
   5 ~/ v5 u9 k  n- J
8.     }
   ) [2 ^. `7 v8 R! |8 J
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);
    
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：
5 q" j& ~# M7 C4 x
4 N& T" w; X4 }1 u' _* E; {6 i

1. while(fend > 0)
   ' q* i' E# ~) T, z
2. {
   ( n/ F& y  u5 m  [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   - Q/ C# g9 \4 W; W* n5 P
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   5 D, G9 G; h6 K
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   , Q4 V7 s0 a! I) A  h/ |1 T$ K
9. }
   ) h# [9 ?. T6 [5 H! M1 D( Z
10. else
    ! D& {: l2 P! N/ _
11. {
    + V6 W4 U1 U# o, D
12. picture.length = fend;
    % W: D  ]- W" ^4 a6 c+ \" y
13. picture.fin = 1;
      T0 z; ]% s4 Q
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 y4 e* O4 M/ F# c
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . Q& A9 R4 A2 @1 K/ L( R( b
20. return -1;
    
21. }
    5 X0 j5 t% G. k
22. else
    7 C( M. z: j9 b! V! l7 P8 X9 F
23. {
    1 }2 P, [5 O& G6 d; U* N
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    . H  Z$ ]6 d0 C' E9 M% ~4 \
26. }

复制代码

  b7 U0 t! V5 K- |
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html