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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5 `7 d7 C# U4 K- {  l7 J# @

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 ^' @. N2 }/ `3 @/ `

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。

& Y  C3 _% g' r8 s' S" u

, a& \7 n- Q, y) C2 t! Q8 s: w

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。

  
  

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。

+ i- N5 ?  P( W% c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)
   / g+ P* G) ]+ [0 Y- I
2. {
     ]+ l0 ^$ F. B5 d/ L6 ]% V
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % u% O' l+ _: L! Q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    % u5 D% a" Q! F" u+ D/ _
13.             return -1;
    ' _; C- G- x. M2 s2 f) y
14.         }
    . v! w" D, A* e  b
15.     int on = 1;
    7 k) t' ]4 m- y4 N# k
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    / Z3 T" w% b$ f
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # n$ Q  o6 Q# t: Q( x
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    # x+ A* i9 a  Y; h
24.             return -1;
    
25.     }
    & r: e' i' V7 y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 b# K8 M  Z3 a+ e
27.     {
    . [5 y8 x7 P* U/ |: K9 Y: N
28.             printf("Listen failed!\n");
    : S+ Z' t( S: n% x, Y' q8 v
29.             return -1;
    : `7 i5 L  B, V, _& e) s, f. ~
30.     }
    3 H# u6 a6 j/ z. }+ H! U: k. o( ]6 n4 }
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);
   4 }; t* d/ o! W. [/ p7 ]" G
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   0 O- J$ T( ]; V7 d7 Q
4. 。。。
   ( ^; Y& s+ T. M" V7 R. R
5. while(1)
   / x# U' [1 G& q+ f7 \6 b: v
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ' [; D! }0 B) v% c0 p" W
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . I; J$ D* L. d, @
11. }
    
12. 。。。
    ' y- Z9 a6 r; y- |1 r6 \1 Y
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;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   + v6 D' F& m* O, d/ f7 e( h3 ~
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. ...
    2 J& Q. }0 I! I/ g* z2 k
11.     while(1)
    % |/ b! j( B, s3 |/ z" q8 t7 m
12.     {
    ' `$ q  K5 c; [) N- g0 T
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      s  }( K2 G" b* ?0 ]
14. ...
      \* L$ ^% j# G9 x, k" L( B+ K! `1 v
15.     }
    9 u) [' |0 b) M7 t- m
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 r/ r% D5 M. W* Z1 Y/ Z
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , ?  P6 _* p' y9 g/ D! w
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
     y! W' y' l2 f2 m% s- J) ]
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   $ L0 J3 n; H  ]6 l7 g
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    5 D6 @) I' M) r0 Y* L
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' x) t" _# y1 j2 |8 `- Y: W, }
12.             "\r\n" \
    & Y! r6 Q' U: i% n" t
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( m8 u" h2 a# z$ d* y- }& O
17.         return;
    + X2 G* U$ r( v/ j5 b. a" {% p2 Z8 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" \
   8 n; O% K! p; o, a0 e
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : F% @1 v% C8 y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ( K6 j* ~7 K' g
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( c; X4 ]9 S5 n7 G/ @# i- P# J
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   2 J5 N! n& T/ r& }. {4 |$ R3 U0 E6 K3 y
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ! R4 d) X, O7 G6 w9 x1 c8 u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 K& Y; b3 x; V0 R8 D" }7 W; ?
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。

- \7 n/ @9 H' o

4 _# [  Q8 T; ?+ d0 f二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; i2 u" u5 \( C( y# U

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ; G) t  h+ ?3 ]: _, f: D, Z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 E+ I% a' Y7 t( V9 C
4.     if(*socket_found == (~0))
   " u1 G5 E" |: ]
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % _) _1 b5 o. w: c& t4 `7 f2 b
7.         return -1;
   . a( W% T( o; K' e- m9 c- Y
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   " o# t" k! A$ S) B: t$ s- J# i
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 S: S1 z9 E; r. U
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + u4 N% t4 y' T( c( {, @
13.     return 0;
    3 Z' |, H. E% x! Q  ~& D5 {. c
14. }

复制代码

# L8 p( p5 z- {) @: k# m8 H
; ]* P8 H1 Q+ K4 r. B$ 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：
( j8 l) T: M) B& L

1. while(fend > 0)
   $ u* K# k1 C6 H
2. {
   9 s; M& z. ^3 M! _3 [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; t& E  P- t! T& k. F: i( i# y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   * C6 j. r" }$ B. Q6 Q; y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   , v4 @% k7 {- h( O7 |, J$ R; l7 T
8. picture.fin = 0;
   * C* I# w2 a/ y5 T1 X
9. }
     e* j0 U8 t3 Q3 s
10. else
    ) M1 S) m. G6 |( ^7 E
11. {
    4 P- ^* u5 `9 ?+ y! T  X+ r* Y
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    6 ^9 u% b1 {! A. }7 D" T$ t* a
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . }& M5 W6 J1 l  y* R) l. j& ~
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ( w) B+ v+ H! ]5 c; M2 I
21. }
    9 n9 N1 m2 a! o$ S4 Z# ^
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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) T# V9 p; n3 y! E1 H
7 Y9 }: r: M" C4 q

2 v1 o: t. S; n- N  @5 u" eiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html