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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1 _  t6 S% I" X& z$ T/ v7 r

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
- [: N5 o, k% K) D

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。

+ u( h/ x3 c8 u" M

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。

  
  + D# D/ d3 y: f$ m( X

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   4 a/ t! P1 m& @9 ?
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % J( N7 `' F1 w+ |6 L- L4 b: A1 \
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   . A# {) E: ]* T
9.     int ret;
   - S4 M" ~( J% V5 s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 h, {( G. t' D' I2 b. D7 c
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / ?4 b. i+ J7 `% F+ R% @: U, a1 r
13.             return -1;
      G* @% m; n8 ~" K7 I3 l/ ]
14.         }
    3 @: y' T+ I7 x4 ~  D7 G2 h- o
15.     int on = 1;
      T; [& [7 k; v$ J1 ~
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 u) e$ o2 Q3 c8 |& `
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + d: G1 [; B" S' X" e8 P
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * \; E; \4 N3 u% t; U
21.     if(ret == -1)
    4 ]% q7 K6 p: b  r% ?+ F
22.     {
    0 u3 r+ o2 S) j1 {, E6 q2 m
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    " w5 O7 P+ }7 b; @1 z
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 A! _9 g, Y! M# ~
27.     {
    ' F0 Z- s3 u9 o/ o, S" y* |
28.             printf("Listen failed!\n");
    2 v* A$ A. E9 h
29.             return -1;
    
30.     }
    8 J' ?% X& f' }6 g7 P' C1 y. V
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);
   $ Z* Q- |- C! o* m; h7 z' v, E
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 }. n: m  [' W' D
3. {
   . v( g0 q+ E4 U# p2 T5 T3 m2 x
4. 。。。
   & L# K; H- V; |8 j
5. while(1)
   
6. {
   ! {" e0 o1 Y% G  Y! g9 S
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' S% |; z- P* l4 r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / Q( C1 B7 O7 g8 f4 {& U
9.     。。。
   9 _* c  n5 f9 }
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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;
   * ~1 I# W# A2 I/ L' A  W, J
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 |; e8 m" [8 m
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! U/ ~. V/ S6 ]3 Y) h7 R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   . B' Z) t4 H# ^5 p4 q' \# |
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;
   + B, B) d) ?8 T  G
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ( m, H0 ~7 j8 a% O  c! `/ [
5. ...
   ! I; m0 x! C& |) V6 c) y
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ( Y  S$ I6 r# h2 `
16. ...
    # y9 Y! j- I* S) \( ]* \- x0 ^
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;">
   + S$ B% l& L. B
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" \
   2 [4 q, N& `  ]; V/ J1 U% y
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   2 o' ~& X$ a8 K' ?8 Y" S
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , Q0 q! K4 M+ D
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   3 ^$ B$ c2 l+ {1 W% b" a: Z( R2 ?, g
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 h: _1 q7 `1 }, K3 F
7.     printf("preparing header\n");
   $ @! K& y, ?. ?# r- [( I+ \# }) p  c
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   1 v8 W8 |( _4 c3 f! A6 B
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 V9 V/ g( i, y6 Q7 _" X
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 n. t$ R$ J: Y8 E. |0 f
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    9 h+ q1 L3 s3 E, W& V: v- H6 B
16.         free(frame);
    
17.         return;
    & Q/ o% q" v3 x4 I* [
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" \
   7 G2 E; L9 Q$ F
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' [: i- f/ n# b* t, S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ; y2 ?  n6 H5 Q9 Z0 u$ R
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 H# y- g& v+ p- B
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    0 E, z/ O7 b7 o2 d
11.         printf("sending boundary\n");
    ; p  |  B$ Y+ h4 m, a" h$ n
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 X# C4 c2 x3 {5 F$ n9 y1 y
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>

复制代码

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。

4 `8 [  _& ]% J

3 C1 O0 J/ u. ^/ f2 _$ \1 H7 k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)
   / g$ y4 Z0 P- X7 l! s  w) {0 n. ]
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   6 ^/ l% G1 r0 ?, ?; K( k) E
4.     if(*socket_found == (~0))
   5 S- `$ {0 t$ N4 i( c; A( m
5.     {
   2 U/ w" [  u- H. g  `/ }2 ]  P2 p
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     ]# D+ U+ t9 g! a+ C5 z2 y
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) I: t7 c2 p, G/ b$ M1 U
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    : A0 [8 _  B; M4 M5 }1 Z
14. }

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7 }3 p9 X0 `4 X$ w2 s" L5 y* X
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：

( |/ E7 V; z" y$ s' B: V
; s( r$ u% Q7 b9 }4 P, W

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) C* r4 C$ ]) O4 t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   3 H# @' A" C$ W0 x- k% S
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   / S0 g' s$ H1 S
9. }
   " y8 M: [# O. a  Q3 ?4 R* D
10. else
    8 P! t# F' D# u! R- V- E
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + o5 j4 |( r9 M8 B& ^' @/ j
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 v& z9 M" K( T& p, l/ V
17. if(sendbytes == -1)
    ' X  a. r8 {$ m# f/ A, }
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    & w7 V7 ]  p7 m; b! M
21. }
    $ x, O& B9 n' X
22. else
    
23. {
    3 v' _  e+ p. w* ]$ o: X
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 k2 f# C, T! P+ l) |
25. }
    ! N$ N$ X" N7 p7 U9 g
26. }

复制代码

; ~" H5 B- c* s8 C! _( m# fiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html