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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- @5 P2 U0 F5 U& g, D

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
2 x, H: }  O2 {0 p8 k

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。

1 I* V" u! Q- H1 n3 Z+ ]# w4 X

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。

  
  $ |" P7 N! P7 S0 j

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。

! R  e$ H6 ~9 k. }3 X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. {
   5 c& Q4 V- s( \: y! D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 O: C/ \) g! Y! p) m: l  \1 x. ]
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # Y' q; v" p% f
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 l, n. o/ u1 A
9.     int ret;
   0 S, F* k6 L1 Z/ n2 ^& m
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    . k' |0 J1 |1 w% \2 `- n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ( W' n; v! P% R/ ~" c% s" n" k
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , Z; @; T& D8 h( p: d, p
17.     {
    ! D& X; m0 x, R1 e
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    5 L! P; J1 ~: B5 z. j
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & j0 `: Y% ]0 c
21.     if(ret == -1)
    4 x& [7 O' n: O9 P% ~
22.     {
    " N7 |6 U) k, _" j( @* p9 U, g
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ! {6 g* U7 C! A; b) u1 r9 V
25.     }
    + b! L9 y5 Z8 p. N7 ^3 _' ?  t
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 p% E5 J  M  @/ N6 o
27.     {
    9 D8 A# a: o1 O" l
28.             printf("Listen failed!\n");
    . h* t0 N( g9 @" {' T! x. ^" R% V
29.             return -1;
    
30.     }
    ) S  B$ s4 c7 d1 K) g
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   - S* [3 ?% U4 f3 {4 y: `2 l: R
3. {
   
4. 。。。
   ' R; P' m) Y( ^2 e
5. while(1)
   
6. {
   # H4 h5 O( B0 \9 e# j
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ! c3 q6 [5 [5 g) {# S& n; h
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & U4 x% v' h7 k/ ^) O
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;
   ! q) V7 W( i. p  d
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[])
   
4. {
   + R7 c/ ]2 q* c3 T+ e9 M6 f0 v9 m
5. ...
   , Y5 {" v& [8 k  W
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   + [# J# t; s# B4 Z  M
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   9 X# b+ m7 i  T0 L; ^4 B2 f- I3 M
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);
   - n' v( M3 p+ k+ Y9 N
10. ...
      U' A$ f2 o% {/ T6 q7 R1 H0 g6 {0 v
11.     while(1)
    
12.     {
    7 L- G: ]. J, |0 n
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % \: E; _( t* }
14. ...
    3 w5 E4 w$ t& y7 W# T* c
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;">
   
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" \
   " f, |/ O/ o' X
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"
   # r! s9 V6 p4 o# Q; k
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; t( X4 V$ W! x! h
7.     printf("preparing header\n");
   - S: [& h9 u- w$ Z, K+ G
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 G/ x: Q% d* J- ^9 h5 H
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
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)
    6 }- k  K2 f1 h! _
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    : y: h( }  C" f' ?# f+ M; h! S# _7 N
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" \
   2 f* h+ `6 p/ d  j5 g! }2 F) ~2 B
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * X  {% j2 @) n7 c' `! Q7 X" n" E' k
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * K/ W% M4 y. c! @9 T. \
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ; h) O4 ?$ _; X# D9 Z! ~
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   7 m/ a' u% ~" T8 n. X
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / l, c. D$ ^( l/ Y$ e2 {8 K7 m
10.             break;
    ) t6 L; O6 t- k; T9 G2 F# F
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : J6 N) C$ C) o; o
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。

! Z5 J, @, C3 Z, h/ N3 K9 Q, w1 e9 \

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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 J8 Y) w9 X9 ^# F6 v+ M8 I2 Y- i
5.     {
   ; r6 v2 G5 _) d2 p( Q  G8 V
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 l/ z1 n+ R* d" D6 n0 J  G
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( I9 y# X7 ~/ z
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + S3 C  K3 ^7 ~: p6 L' ^( ~
13.     return 0;
    
14. }

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5 b) L$ {0 {5 l! L. p! L1 n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：

  h( y! M% u8 T) D/ P6 H# t+ e
! c1 y2 ^. e7 z& V

1. while(fend > 0)
   
2. {
   - m* G7 m5 |3 o) a8 V. V9 l* z9 `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - ?& ]8 V. u$ f) \! L: p* c5 `/ j
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   : T1 O( f8 j# R; O' ]
9. }
   
10. else
    
11. {
    / G8 I- V7 B% _7 D# d* J( R
12. picture.length = fend;
    + }: C$ p. l# Z; C
13. picture.fin = 1;
    8 z! {) y1 |/ m* }6 {2 `" k) u
14. }
    2 F3 ]: E! t- I8 ?* g& m
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ) a; _# m9 T9 h" F- }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 [; C6 m5 R( G5 N" t
20. return -1;
    
21. }
    ' w) G4 @7 M* ?+ a. Y3 N: [/ B; I/ h4 p
22. else
    8 w, _3 b( d/ O' E
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    - w3 n$ i$ ~  Z+ f
25. }
    
26. }

复制代码

" }' D; z" e! HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html