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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$ s/ y" s% n0 [8 p2 c
: y+ I/ Q5 V. w. `) C) J, [8 R' Z

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

9 h3 z9 [1 d; v% S5 w

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。

( W% I! o, n) l, |, |

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。

  
  ; C& \7 w1 i0 f% \$ \5 M

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)
   ! c0 J" P( |+ I* p' {/ v
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   6 H* I, f! r: [1 j1 B
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   * t) t* n5 r6 n: _( B5 g& Y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 ]" ?% ^. P2 `7 N
11.         {
    5 A4 M2 M8 c- B0 F
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : V6 S  r8 {* ]
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' K! {! g5 Q  L
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
      `) [- j, G  C+ S% ?
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    8 k# g( a+ i) T; M! ^
22.     {
    9 s0 M, {) _4 x, o
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 a/ I4 w# w8 O0 `% v
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    3 b% {1 B: w7 W1 A, B( Q8 I5 y
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    $ i' v* @; B1 u& l' g5 Q; H
31.     return 0;
    ( `0 t4 G8 @6 y+ S; t: F' v5 N% p
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);
   $ @6 O$ e. @& b
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   # B6 C9 i4 m( b3 A8 W4 v
3. {
   - f- y% f5 J3 ]7 \9 A
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' C! w! Z4 X) ]: v$ O5 p# W4 p
9.     。。。
   
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;
   ) H9 ]! i6 X  g2 c9 r
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " @& |, V8 K5 i" t8 u% {( y% a; B4 j  H
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   3 K9 f! Z- z+ L' F4 w& b$ b# R& V
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   / J2 k" f  V' |6 V  X
4. {
   * `5 O4 Z" g" Y, @
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);
   7 F1 w8 o: Z$ f
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    % W" C, C3 A, |; g" W: c" J
11.     while(1)
    3 C' g1 `: v* ?
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ) w+ Q' A: g: s2 n  G9 D
16. ...
    + Z6 M: G( E- p3 |' j9 ]2 ?1 ?. W
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" \
   
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" \
   & {$ o6 B; `( `" a7 R+ S; _
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   : _5 Z" e# j1 C$ e4 I
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   5 x) e6 T0 L+ l; L/ s, m5 Z
7.     printf("preparing header\n");
     q* s/ i0 `$ b
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 Q/ t* n! x  \3 Q1 R) b
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( L3 b$ X' ]  L1 z0 v/ P
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    0 E6 }/ V7 J; O( c) t
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" \
   : L8 z1 E, U& J1 X
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");
   $ ]4 `& j4 p* q- b
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! R( s/ w& I& P) W" k  p+ U5 `
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
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)
    . b+ w9 [+ `+ F% E( [
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. {
   - K0 I  P6 \- x/ [( \7 ^( C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( a! ]. H3 R6 C0 a
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 m3 z6 ]& y3 n5 s: I  m/ q2 }
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
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：
0 a6 a$ m2 }" [+ ^3 M
! z5 O: f5 F! M/ J4 X; N
7 g3 M5 R& L2 ?4 s# ^, k

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , B+ f/ _3 O3 d# t; i! d5 z
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - ?% F# J$ l" \4 Q! n
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 D+ o7 {, F' O/ H' x2 G4 K
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    7 `; Y4 j( W6 \( J
11. {
    
12. picture.length = fend;
    2 p9 Y2 T7 D! z# t
13. picture.fin = 1;
    3 p& C1 K5 b( R
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # h# \) n, g+ U# |
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    9 R* \, Q% q- f4 k$ }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , A8 N4 o6 D% Y% K
20. return -1;
    0 r# C; d2 r' p, Z/ `6 E
21. }
    % K8 g2 j- J% G* }
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' J( _. d2 ^1 b3 K
25. }
    7 a# J% A2 s9 D  c) M7 C- M9 Y
26. }

复制代码

- |) e& B: L6 G* e" w( j( a
7 G" q/ p% T2 W7 k# K8 K4 H

: `$ X. P2 N' F
8 p, c. \, _1 `! D; S) {7 hiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html