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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$ y: n/ X  T$ O& A
. c6 s* w1 r0 {

6 l' w  ?) l8 j

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。

- B+ Y0 t/ X2 {' |0 B4 \% j

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。

  
  $ ?/ H6 m* u. I: o3 w

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。

# p) r; B& S" k$ \" b) |* ~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)
   4 C) e0 U- w! m5 ]0 w$ G
2. {
   3 I; o) ?5 ?, I7 S4 I4 K- P$ G# ~  F
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ! h) K% @; E& C6 a- P0 k9 o
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ( O& k$ J" J$ Z- @. g" I1 ~# G
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    . {$ _; p' E" C( q
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)
    + K0 Q9 d8 ]+ x" Z' m
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : @; z% E1 n+ a1 f
19.     }
    5 o' f5 r: [( Z
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , y, Y( W0 Y. x2 }
21.     if(ret == -1)
    - u+ v& |1 w: j. u( p0 Q( z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    & C: N1 u6 ^1 J( g/ n
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    . R: ]' M+ j- u# e+ Y
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);
   ( N+ R$ Y# w) k, ]6 Q$ F- b/ W
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   5 a/ a0 r! _) c+ d! I
3. {
   
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");
   ' a# U& p) C% L6 ^  V# Y& `) o
9.     。。。
   + S) @1 r* i% c( |
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / z: }. t) ?2 P$ r& L' R5 V! C* d9 J
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);
   - I# N" Z, s( c, T: ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 A, O4 L& i9 `, j
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . b1 z8 |, k9 p- Z1 ~3 S  n7 \; b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     n0 e- E/ H  t' P! Z+ w
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 I6 q8 F, p% J" f; c
2. pthread_cond_t pct;
   4 N2 w5 S- k8 j7 `
3. int main(int argc, char* argv[])
   : k7 U1 Q  J0 l) }$ @
4. {
   
5. ...
   $ s: P" I1 D  h4 p. h
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   3 N) E. ~7 N# Z! K
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + n* h" Y; i3 n- y6 X( `
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 @# Y" J$ g8 V
10. ...
    0 J& |$ n: U* @1 R* Y5 \  a+ V
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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" \
   ' I3 z+ U; Y6 t9 `% ]
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 F- y& _' F& M. Y
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! t; W+ I* K! W0 o/ L
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   3 k4 g0 w3 D3 n+ _0 L- ^
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , @3 v* }' s" z+ r: s
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    " z" r- B" K' f' |4 B3 W/ W4 d
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)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' W' t  g8 k( T: Y! H
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" \
   0 Z6 p2 q; I( b
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + L3 O6 e1 d3 L6 s1 J3 h7 Z
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   1 V* |  E3 V8 N" |, z4 ]' }) s, W
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ Q- H5 P. w% p4 |4 c9 ]5 F
10.             break;
    0 f% u  y; q) o. q! E3 M
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 Z% D6 r0 z4 f$ K# g
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。

6 N$ {7 [! B6 m5 J) V$ ]5 H

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)
   9 B( C% K) t* i1 ]/ a# F. o: Q
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;
   - v& W+ s4 W$ X$ O, }# X
8.     }
   * C# O( ^6 S4 U: E
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , \7 E  e4 H' ]7 L0 Z# @8 k
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + V  F( W9 d* i1 t4 p# a9 N
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ M: l5 o7 G& b+ B# l
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：
# Z% v4 o5 E) _
4 g$ w3 s! @$ d, y' z: l

1. while(fend > 0)
   
2. {
   1 _8 a+ w( U8 _( |  _0 ?# j
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + x2 ]0 j/ J0 I8 g: T, `
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 q" P' m# l+ a
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    % e0 s/ {, D8 i9 L
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

; {# {7 ?9 ^" s6 O0 g; J9 p$ n

- D0 a3 X7 N! d7 d
, S& `4 `& \$ L+ QiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html