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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' h+ r  L, x. X

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。

4 y" ^5 t. M& Y( A1 v: d

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。

  
  7 t% ^2 l8 I6 F

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。

/ I9 s8 Y$ n8 o一、HTTP网页服务器
' `9 R# ^$ Y7 p  C

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);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 Q& C8 I) q, M' O# u+ X9 b$ t( ~
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 K" Z4 N0 T/ e  M) j. I: e' R
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , l- o' A) v5 P  X  W1 [
11.         {
    & ^# Q  K2 ?8 J1 t
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ; }, U; Z' a+ s3 I) _
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ I3 e9 G( Z- J( G- ~3 J# a
17.     {
    9 C& Y2 ~3 G  f* o) |) L# M
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    5 P: t1 @8 L- d! g1 s
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 g7 @* l" t  ?* u) g
24.             return -1;
    $ z3 e! l! W9 V* B  {$ x
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 c6 B# K! G# s
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
      f/ h6 [; |, d; Z# [- W) @
30.     }
    6 Z0 q6 G' x3 L# L* }* U
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   - b/ C- m8 g4 K2 x' `9 v( r6 X' ^
3. {
   ) M; f' T6 Y: O0 R3 P% Y. f: @
4. 。。。
   2 N" \+ Q; H: J# O' i1 R% p7 q
5. while(1)
   % C4 r8 i4 h! V, A
6. {
   8 C! i  ]6 C% a5 A
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 {5 P6 b- f2 R) _/ A& H) A
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / U1 \$ Q8 V& C, f5 h
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);
   7 O0 @; n$ j5 A7 B: j
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 X1 C9 w' @  M+ e, u- b/ @
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   * t$ q% `$ }) i9 L1 z
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   0 p2 |5 F" r! X) I
5. ...
   1 h5 S8 O. D2 q& f
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. ...
    1 g' I$ B! H# W! v0 x& [) i
11.     while(1)
    
12.     {
    1 h' C/ _! ~; I
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 C. _$ E- p4 L* Q
14. ...
    4 k# p$ |. W2 B
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" \
   6 @+ w  X2 }  y, [* X- X
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   / E* K+ e  _$ l! k" H
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 n/ g9 M6 E  q9 S2 u1 d' q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % j& @0 H  K, G
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 E3 s! N% a3 j6 {
7.     printf("preparing header\n");
   : }8 ~  b- K1 k, o9 T% Y
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - N" F- p1 R# B# @
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 G$ I6 v5 C9 d. s1 t# ?
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 Z9 k; Z& R# D/ h9 @0 t
15.     {
    
16.         free(frame);
    & m3 T. N: ~/ `; ?* }; k, `8 J
17.         return;
    ; l6 ]( t  y. P' B  c: N3 @
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" \
   / a; a1 W6 v% m1 f4 w$ x9 ~
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)
   0 J) M/ g+ H/ t  I# `- w
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   0 ]( V4 `% U, |: T* ?
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    9 j9 v% j, u, J3 E
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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   * @0 k/ y6 w+ Z
5.     {
   ) t8 b  X) R7 n3 F: s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , y+ L% Y! y- N. |; [; I
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' `: Q, c: B8 F% {  |) W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , i8 R6 f' t0 Q* Y! L
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / B  x- U5 q7 E9 O9 ~$ X$ k
13.     return 0;
    ' x+ K) Z  ~# l& @( V. a
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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   * B5 p; o2 E7 p4 b) c; A$ l
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' z# N, U' t% l3 @* S7 V& l
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & ?- C' Z% g  A& {  }# z
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( {6 ~6 m. J- i! C! G) Z
8. picture.fin = 0;
   7 ?5 I9 @  g5 D4 I8 W
9. }
   
10. else
    
11. {
    9 k2 |* V" O$ e  ]5 \7 M3 t
12. picture.length = fend;
    , e* A8 J2 [% U+ Y" u- N" Y, `1 J+ g
13. picture.fin = 1;
    ) v' x" n5 j* }5 m- m, k
14. }
    8 P: i$ C" n0 X& V1 T! l0 f
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    + p; k- X+ F7 e3 N4 N; X+ i
17. if(sendbytes == -1)
    ) F% b* U9 j; m/ Q; f1 _1 i
18. {
    , u0 Y) f$ S* k: Y# n+ z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    6 l3 d- m. i% r+ f) W" j: I
20. return -1;
    # v# l4 P4 ?8 H+ a; a: i. S% p9 x
21. }
    
22. else
    7 ]& p% }$ r1 g5 ^; M" A% D, ]4 X8 C
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    2 b0 o/ B4 p/ T; f) n4 ]$ l* R! F
26. }

复制代码

# i. M: ]$ c, W0 x3 ^

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html