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)

& T# _8 s. m& h! n" t
6 y, `9 U! v8 b2 _  o* c

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。

* ]& L. S  z, m( s

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。

  
  ; I' y5 h' x  U

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。

& C, x* O* ]" p) l9 x一、HTTP网页服务器
' u: u5 o* ^+ I

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)
   - d+ {& j9 r- e
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   " @' o( n" C7 _: F/ R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & K8 M! P1 @: C% E; K7 a0 d
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   . n4 u, k7 g" i3 k( E) S# B
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   # @' I+ B1 a5 z: H' i
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   . K& {2 M, f  D. m
9.     int ret;
   * A* ~3 ?! K8 ~) C% i
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    2 y4 V0 L$ I: c- i0 O6 Q% ~4 i
11.         {
    + z8 N  w2 x; o
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    4 _+ D4 r: ?9 m5 D5 e# j% m
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
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);
    
21.     if(ret == -1)
    & K8 n& g8 F: s5 F; ^
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * O8 X# x1 @) y( c" J" J8 C- ?; Y8 C
24.             return -1;
    7 I4 R; \' b5 W; V
25.     }
    ! S1 z9 f1 G4 Q% I4 y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 g9 Z: Z8 |- n4 N' W
27.     {
    ( O2 I, K' T+ n. O8 N- N( p
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) p) q2 _$ V  e# V: G1 u
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    8 T$ ~8 H" E* W! V% B
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. {
   
4. 。。。
   $ Q& T' j7 v- [. Q
5. while(1)
   
6. {
   1 r5 _( ^9 l0 u( x7 e5 o- i- d& q: o
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 K( ^0 ^6 P& {1 [  B' e
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    3 |) e1 }& V  O1 X+ A+ ^
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 O- M7 O  g3 Q& X3 }
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % r' x6 ~% ^# M  l
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;
   9 P: V. r3 h9 ?' p8 r3 V
3. int main(int argc, char* argv[])
   2 H2 [4 H6 K: H
4. {
   1 u2 s! @4 L4 _( I, X0 {
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   - Y$ q2 o5 Y5 `
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    + @! u& s. }6 X8 r- f
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 m4 n0 [& A* r3 u. @0 ?" Q: m: t
14. ...
    
15.     }
    9 D/ C& W1 }% n9 w
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;">
   + v5 F. D9 ]1 P1 H2 \- ?) L
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" \
   " M6 e  f( ]5 g# G& O$ x  ]0 D
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   / K  n/ S& Z0 M2 j5 _, k; O
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - l" w6 w. Z1 o3 [; ~( V
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   + k2 s6 H1 R, P
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - W6 Y" {( U/ W9 W
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)
    1 w2 N  a6 `) X* V
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 Q* G" [+ j- Y4 }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * [2 G$ Y& b, ~! s: Y7 s
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - }3 \9 D/ `: E% X4 c0 H1 |. k, b2 J
7.             break;
   2 V. ~& c* N0 K
8.         printf("sending frame\n");
   ( c. F. H4 b( J$ @9 R+ x
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / H$ l) {+ ~6 t
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " h8 F; G, O) Y6 |  R, d
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 m, {* g( t% q; q
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。

. Y+ ~( Q- R0 C

, n" F/ [. k* @7 L* j8 @3 e, k. a4 n; G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. {
   ( d( N; A" E/ ~% s
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   & p6 K7 ~* h' r3 k
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 f# h; Q0 V: ^! u2 j. R
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ! n5 q+ U& t( S3 E/ ]6 \4 z) G7 j9 L/ U
8.     }
   3 G% D% I4 k2 ]9 U3 C% k
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! Z$ }7 Q* X3 w2 Z5 j$ f3 S: M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) ~+ \3 ?7 p8 D4 i  t/ {2 o8 `
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：
% n1 `' T5 X4 T* `- c! ~+ W
1 ~" e5 m1 C5 g

1. while(fend > 0)
   - R( k2 }) a$ l, j
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) \; F. `! p9 W" B- L
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , o/ O9 l$ ?6 Q1 U" Z8 ^
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   * k0 k8 E9 U' ]; A2 F9 V3 t
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   6 [  _& Z4 g6 g/ y# B# O
8. picture.fin = 0;
   6 Z; x- \! Z! v& e" ]  ]+ W
9. }
   
10. else
    
11. {
    2 y, `1 V) l1 a4 Z" H3 L
12. picture.length = fend;
    ; Q6 @! X: {0 w
13. picture.fin = 1;
    / B8 U2 ^4 d+ i5 W% M
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    - y5 c4 E6 @7 [! K* O
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    + s/ k+ b/ K2 m- J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * p2 l4 c: Q* T  E
20. return -1;
    7 b4 w. G" G# l, _5 s/ |2 @; x
21. }
    
22. else
    ' ]0 r1 W! Y$ x8 c7 m; L( w" m
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; |: ^/ O& x; J; ^2 K+ N7 e6 W
25. }
    
26. }

复制代码

( K" C0 ]8 Y% e5 Y" }- c, \) |
7 h" \+ t2 }2 V) m

5 l0 C, B3 x* r( k1 }# ]( XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html