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)

7 k9 B7 d9 c  H  N7 F1 V

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
6 V6 t& v0 H8 f: m3 y
4 J/ A4 K* z! S9 G/ W9 m

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。

) t5 G* v  o; h# {: H& |, U

/ a- W# C& v7 x( H$ J( i

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。

  
  $ h3 r9 I1 d) d* m; ^& K5 H. S

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. {
   / R) D* J/ j8 m  J0 ]; Q
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + V# K) R  P3 V! K7 w
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ j9 ~. y% {9 |8 c# z' J9 P
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; c* v, j' B6 `* ]( [" r$ ^* y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    + r# F6 r5 X, ^: |4 [+ t+ D
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)
      A# q( F. Q; [$ z' `' }! @' H
17.     {
    8 j! r8 N+ ~5 D8 [% I* g
18.         printf("setsockopt error\n");
    . L( }4 V3 a( t' o
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    4 p; @. o1 d: N0 E. |, D
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 f* W6 i% E1 U; N5 V
24.             return -1;
    $ S# i5 z2 W3 J7 M
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 v- {1 x4 R4 `( S+ }
27.     {
    1 p4 k9 k0 z% Q% x9 }7 G
28.             printf("Listen failed!\n");
    & {1 k; |3 {& `3 g
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    / U2 Z- \" A3 h) N% X
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 U% Q* B6 [$ H3 h; a6 q  K
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   % ^6 Z  l( U% O
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 F, E$ C: _5 m
9.     。。。
   ( E3 @* a1 |& F7 ]0 d3 E7 r+ N
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    + S6 B8 s; \* \* {+ d4 C
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);
   ! S6 [: B5 Y5 @$ ^) S  r0 ]
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   . I  F3 z- _! y" r3 h; ]
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;
   6 Z8 T$ Y1 \) h& [$ J) D
3. int main(int argc, char* argv[])
   / ~" A2 }, \4 j; v+ K9 y$ s
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   % w9 N' q6 I5 x6 [- Y( S
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! v0 Q0 w7 I" v- P
10. ...
    
11.     while(1)
    ' \- N+ |  F& @* {) z' J; I
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; k: J9 J5 S0 m6 x6 Q5 E% G/ f& l: K
14. ...
    # e9 `2 ]8 H  ?0 y/ C5 ]& K
15.     }
    ( g0 C# u. q9 l$ q7 W. M1 B/ \
16. ...
    8 X0 e% p- `6 h) q& \
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;">
   $ o  t! E1 L6 s
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" \
   ! c, ]$ i7 u: v' l; x
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   2 W8 _4 Y8 v: [4 T$ K0 `
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   # L: G6 M) z  O
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");
   $ l2 F* n* u5 s* D* d1 ^
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; h/ ]0 e6 A+ X. Q0 W, E3 ]' w
10.             STD_HEADER \
    ) E3 n4 Z& N9 @$ b8 ^- N; B
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    . _/ a  e5 i4 K; o5 `
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + o/ z. M% F2 F1 o: [6 v, f! j
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : U8 }* y; ]1 j) N3 k$ H1 U
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " ^. T7 J2 h7 g# M1 l3 @' u. e6 d
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

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. {
   $ ^  n* l7 d( K' E. x9 [
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( m2 `$ {: \9 g: D
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   4 _( z3 J1 V3 v& [8 w) s( ?, g
7.         return -1;
   
8.     }
   ' P$ f( W: P* g; o. V" q
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);
    # Z9 J4 y: _' L3 Z* j
13.     return 0;
    2 l5 W  j) A7 k! M( h3 B, w* w( ~
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：
, P3 {% ]4 ~' g+ x- T9 q

* W' {1 v8 x2 \) X! h

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ( i, R3 w* Q* F+ t" E" T& |3 F
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ! g5 n& F0 e! }3 M# [
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   6 i8 |% ]0 i2 M/ n
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 V$ Q  L3 I, ^% v
8. picture.fin = 0;
   ( K/ M# {7 N. j
9. }
   ( y# b0 M4 k* S
10. else
    " G. P, J4 O0 W9 L* @9 C
11. {
    $ K5 ^! F: ?# p7 V
12. picture.length = fend;
    7 B2 C- }1 Y+ h4 S
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ( F+ W: W+ U2 V# T7 u; A/ B, i5 ]
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . r( {" c+ A8 [) F! v
17. if(sendbytes == -1)
    9 _4 g; o" O- R5 u" G
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      p5 m+ x% M9 e  r! S) \/ Y
20. return -1;
    6 ]  }5 }  M5 V# \& V. _+ v
21. }
      s1 n; A  X8 }0 q% i
22. else
    / @9 U) ?  Q% e3 j$ e/ S$ \% ^
23. {
    ; \; ~3 G% k6 j# O& ]
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & W/ O! {" H, v1 w, D6 Y# v3 X
25. }
    / B* k, `+ {; k9 X4 b! J, G6 Q
26. }

复制代码

& L8 Y" S& Z* A8 I# [

7 d% h& E% y; n7 \8 ~1 q* c7 _6 j
# k- v/ t6 S/ _& o/ f* @9 ?" jiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html