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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3 F& w. }9 {3 ~, L. @& H) a

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
) e8 a4 x7 n1 z1 _. M3 e5 r

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。

- l7 G1 D. }+ y) C/ Z7 N+ \4 ?/ i) F

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。

  
  0 F0 H& N( u: y0 Q0 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。

一、HTTP网页服务器
! e2 N  {+ Y6 |( y

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. {
   + g. w0 |: C- _
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ L% M0 I# G" y1 ^8 q/ O
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; |" q: B& X+ Z- r4 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 l  A/ N+ n( Y8 A# W# [0 A
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # A+ H  s  J3 G' P3 N
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 X5 X# R* s  H% x, o+ e  p
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 G- Q- Q  _* U5 q4 n5 \
17.     {
    5 a' _% c; Q5 e2 E; C. M; k
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
      `7 v# a; V; g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    - K% z. p" F, {, i4 u+ Q7 a
22.     {
    7 U0 F; @" i, k& C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
      j/ D9 @2 o6 b' {
24.             return -1;
    : m0 X3 ~2 h: {0 k
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    / Z: ]' Z2 Z: l9 S+ Y
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   + }) S* u6 Z1 {! h8 \( f# V# b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 b% {0 k* A: Z# A! p2 W6 d
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
     h" C3 s( _8 a' ~( K3 Q% j/ C
6. {
   ) F! e. X' O% ^' ~7 g& z& H
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & b  i0 ]; T8 Z! L+ ~
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , Z" |/ R' S( N3 w: V* {" B, j
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ; h( q7 y- c8 _3 |" N4 K8 d
12. 。。。
    9 q' J9 y0 m8 U& E$ M
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);
   * m$ p+ G7 M+ x5 I
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   3 Z0 P3 |+ [( W4 \  f
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   + M9 T1 B" ^. R
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 t" h5 w" f- F- e
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;
   ) k6 k+ v' u0 ]
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   # _' }# S2 F# Z( i1 b9 X9 D% H2 a
5. ...
   7 }; K- P* I$ [+ W
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % X) m8 s& y& Q, M" s$ H
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    + \) L: I" ^: w, \! p  y) C
15.     }
    + t' g6 m- x3 {& E& c- E
16. ...
    " p, s  s6 z5 S$ m
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;">
   & Q* Y2 g" ?& R
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" \
   7 @5 f/ C) x, q" T$ G! x
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" \
   + w& K& p( n/ C, p
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   . l7 B. q8 x! w% ^# U9 Y- @
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     x/ y: d" [4 p' P
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   . F9 w2 f$ L5 \8 \0 U: [
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - E8 E. ^. b8 a5 _, J1 k! E, O) v
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 U4 H8 x. w  M" m
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
      S/ R% m* ]" ~- c/ N. H2 E
17.         return;
    : A' h2 c8 z0 c( k
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" \
   % J3 l0 y, L/ ?$ |  t8 Q. U+ z
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);
   7 E2 A9 n* b8 P
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . P4 q/ U% ]) I
7.             break;
   ( T, Z( R2 E5 ~
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 m  z- ~1 B& D
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 \2 P5 g* K7 l; Z& F2 K6 u
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。

) M- a5 T7 ]3 e" Y0 B. A. s' {二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 q9 h7 U1 z, Z( A+ h6 L: y+ _

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))
   
5.     {
   # `, d7 N  d- `0 D
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 e: O8 U# o- C: K% n
7.         return -1;
   4 `6 B3 A% d3 H8 \
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 ~$ L8 V1 Z/ ^! y. E. @( d
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    " w- C. U, o8 H: |: }7 e! ?5 M1 Y
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % x9 r  |# L; n; c
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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  B8 Z4 y7 i; U2 {( }2 G* d( j
4 n9 X2 o7 z1 _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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   * f2 K+ ]5 k- ^* X7 |3 q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   3 R' j* N' |8 ~
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   5 [9 ]3 R- _, G1 R1 p5 |2 B8 @! B; ?
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 H* \3 M9 U4 J; P( F% h$ f
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ( E4 z0 D1 l+ x( P1 M$ C6 \
9. }
   
10. else
    
11. {
    ( j7 l" {0 B5 X2 K+ I0 _+ V
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    1 c, @' |) r% }1 D
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. {
    + H6 o1 p: o, [$ w
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    4 f1 L* {5 m- ]
23. {
    , ?$ K3 h5 b% W, \& Q
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    & U) \+ |& o$ x. c. n# a! U
25. }
    ; M7 L; {1 c- i$ d' F/ {
26. }

复制代码

$ n& ]* j8 L3 V$ y

* V- I8 X; z) m
7 M& A1 P! M5 N- j! WiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html