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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! {# U% k& p1 Z

0 D' y- g; n$ W3 h) H

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。

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。

  
  9 b: N  U6 q3 ?) q

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)
   
2. {
   1 D. u1 w8 c" i4 u5 R+ j2 D" q& p
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   1 S7 {: W1 f& E1 u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 i' N. i/ g: d  b0 G  B
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ( }4 \& ?3 F0 z- ^1 `/ P
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ; W+ y% G7 }3 j* R
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    3 f) H; c, N+ e" |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    1 F& T, E0 h3 D% Z
21.     if(ret == -1)
      r% v; C, H+ s3 U
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 H  T( W8 N" {. [( `4 j: z
24.             return -1;
    
25.     }
    7 y4 Y3 H$ B3 [5 s0 u3 x
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    4 m# \$ `7 R6 |% i' A) F
30.     }
    ; o$ Z% ]% m5 y  |! K
31.     return 0;
    
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);
   8 _9 X% ~1 L; k# ?- z' D, Y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   9 ?* a" u5 ]% P
3. {
   
4. 。。。
   * L$ x: d# G# z0 r1 T
5. while(1)
   & ?% v3 N# Z- _+ a$ x
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & i& e6 p; q% F! j
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # ^9 `) O$ g# h& }) q) W8 j
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    $ z9 {( z$ Z! Q; U
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);
   ! C' {9 X5 X. E" C  L/ S* Y
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ' M# |* u! k  P2 A! @8 S3 ^
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   0 B7 X: i8 V- [; N
4. {
   % r8 Z, A/ X* g0 a3 |0 @' @
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # v4 ?8 ^& ]# P# }6 }) w; g
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. ...
    7 D* N# E: t1 M1 {5 l- c# \
11.     while(1)
    + I/ T  z# F/ c% @& |* M. M( c# N* @
12.     {
    ' d8 U9 H/ t- T7 Y& m
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
      N/ J2 _& u# x7 r8 s
15.     }
    
16. ...
      Y9 v$ G# ]! V7 Z* p$ C3 }* I; K1 c
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;">
   , V8 _5 O" U9 p! |$ i, O
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" \
     ~2 A$ {8 |1 ^  C2 E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
     J# o1 _: M7 F# B
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' H& V' |1 {; [
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 w4 w/ E) o1 f
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
      X7 z/ `: ?: Z8 K$ `
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ' g% u, y" U. N8 z
16.         free(frame);
    4 z  ?" n* I7 s- r
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");
   2 G! G) H1 u, Y! E: t5 e, u! [
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   3 [: m* s" z8 L7 X( P! u9 Y3 y
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - h0 W9 Z1 s; v* Q1 @
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . p' l% {* r6 j7 `' r
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>

复制代码

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。

" x$ f) S" Q' f2 F) v1 K8 e

/ ~0 E8 N8 c0 p) R二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 M: M/ W3 i; E  O

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   , w" G; w! x- O# i
2. {
   ' @. H  g5 v  v9 D+ A3 x6 t/ P
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # ^2 t# k* J) E; [& X( ^! G
4.     if(*socket_found == (~0))
   8 T& c  ~9 T  X' k' ~% K7 h
5.     {
   0 o8 I3 `8 R) y
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ; V9 z4 a  b8 ]' M! q
8.     }
   ) v4 m, R, d" c% W7 |' q. p9 P
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   9 E$ _* e6 ?5 Y" R, R
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 F4 t0 ^4 f3 d- a
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ }8 n9 P% H' P' C" [* i" a
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " c. p3 S6 k- d- f  u' j2 f( c/ [
13.     return 0;
    
14. }

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/ y7 V+ B7 p- S* a- i1 ~
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：
) @: d9 p8 _; n* D4 H

1. while(fend > 0)
   
2. {
   1 F% n2 b3 T* Z7 f! @3 K6 t
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , |5 v3 _+ i  E. _
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   % P( s8 |% G" |7 E* b5 ]0 K
6. {
   1 S0 Y. d0 \8 V3 q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   3 H1 D+ u* e' i' a* p
9. }
   5 f: @! y- [9 U
10. else
    . i$ \- j  q8 R% K7 O& ]! U7 P$ u4 L
11. {
    5 P8 o! p" H- z0 t1 N8 v
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    * i- V5 E6 q. @7 T* m% Q
14. }
    + x2 _  Q$ B# |$ _
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " W& w# I9 a. b5 S- T
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & R( l! u; a( c4 F' E$ v6 b
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    . I# j6 k) j, M" M
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * ?5 R2 c. _/ y( Q9 C! A* L# ?1 m4 j/ t& \
21. }
    $ P% w: r6 i  ?% x3 A. e  ^' O
22. else
    
23. {
    + D% F+ J! p% h  N/ b2 Y$ I: q. A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ( b6 Y. R$ L+ w/ g
26. }

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; g: c* F; X" }' J! ]: b( x' ~3 ~

8 q. L+ b; U+ P3 \2 N3 z7 O2 d, A
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html