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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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。

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。

. r) u: _" ?- n! [3 s! K一、HTTP网页服务器
/ P5 _% S# n) [$ @- k

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. {
   ' O2 b6 v; Y8 ]0 X2 K
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   2 v4 b' u- d& G) z6 ?, D5 ~
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " }3 L3 I1 P" O0 \) y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) ?; J7 l9 V! U  e# M% \
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   3 c5 ]8 A, r& d9 a
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ( f( _- |' O0 ~7 B* Q) T- g
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    $ K3 ]+ \. Q0 `+ B1 j2 P5 t# ~
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! t" c3 l( ~9 x& i
13.             return -1;
    $ u' y. D7 @! p& H  s4 N
14.         }
    
15.     int on = 1;
    & p, {) H0 [4 f
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * o' |- v& V, R/ _! G
17.     {
    ( n, ^/ j% N* L' Y4 U: V# ]
18.         printf("setsockopt error\n");
    % U# {, w( L) Y5 {* |  W  W
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    5 L; |7 r5 J" G- h  w7 Z
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % l: n4 P2 v- C3 Z/ |7 h
24.             return -1;
    1 @' V- i' w5 s2 t$ }
25.     }
    7 M& l; }$ A: ^, s0 _+ L# o
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    3 s2 p4 P4 ^* ]2 |; f: t( Y* ^; l
31.     return 0;
    9 b, M+ U/ S* a! \' J
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   ) \- F3 e% Y" H2 ]& n  a, [
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 l* j  `: I7 u8 K8 b7 K3 z% _
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ; }6 O  c2 c  N0 {+ |0 _* v' J: o: \
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ; N4 x# h% z( g0 N7 `  K1 S" {0 B
12. 。。。
    + b5 a3 P% @8 J; Z. x2 [) L
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;
   ( Z( l  B( V) l( N+ N+ n
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 y! }' i+ n$ P+ Y
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   7 k' I( T" k: C% [  P) A! ?
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[])
   ' k3 U3 i% ^9 J5 {( N( B, d$ ~( M+ h8 Z
4. {
   - n, P+ i& u) R6 ]# K
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . E' d5 I6 ~- P, n6 o0 p
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   7 U% k- w) a! n
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    3 L  b9 x) J; T
11.     while(1)
    
12.     {
    3 n4 Z' e6 J1 F2 c* o' \
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 v' \7 a  f) C
14. ...
    4 K% F: c& G! Z' P, A3 D) u4 N
15.     }
    / J* t& Z- X: o+ C( q
16. ...
    * R. |* v* ]3 f8 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;">
   6 ~: {' [/ i8 C* j! [1 F8 Q+ s
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" \
   5 Z+ S/ z, g7 R' E/ r, t
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" \
   3 ?4 o( \) G2 }/ p/ @
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   & Y+ C7 f. p. Y: o" j
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 I  P( U7 B9 `4 L+ ~
10.             STD_HEADER \
    9 B% ]$ r: d+ H% N
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 D7 `. X! _% |6 _9 ^
12.             "\r\n" \
    0 u% L+ U" T3 W6 \; u
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    * S2 ?8 P4 @9 U
16.         free(frame);
    5 x( T& ^1 r- J0 Y) s3 w1 R# e* o
17.         return;
    7 U- N- [& B2 O: A0 @* x
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" \
   " `! O5 n/ X$ I+ e8 b) T# N. y) [
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)
   # R8 ~( N" I! `9 H9 V) z! n
7.             break;
   & M5 y- Q' |9 t3 L7 G
8.         printf("sending frame\n");
   0 f! r/ }6 w! p! V
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( F6 l) \  ?+ f3 ?5 P6 a
10.             break;
    / n  a/ q) Z7 P- G* B, L3 w* ?& |
11.         printf("sending boundary\n");
    % ]4 m. i7 M4 _6 l& r' R
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' d* E3 P6 k; O- Z5 S
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。

/ {. o3 P- E0 S0 m  o: l* w: P% a二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 t, C9 @0 T6 m) y" b

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % ~6 X; H5 J+ o
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
     V6 f3 R; U% i! V9 {3 P) s3 p# Q2 ?+ u
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      t; K. h0 p/ [* }6 n5 o6 G
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 A; ?, N. F! U1 d  ~
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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4 M) G+ C) ?& z9 J, N! M9 B  u
5 [$ r% r7 c8 U: N! G1 f" g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：
, T9 [8 t1 X. p7 e0 a+ o
" V0 Y4 J, s: n6 W% {) z2 i# R
/ q" W) B7 r. Z3 R

1. while(fend > 0)
   
2. {
   3 H- T* m8 O' u2 I& Y/ N
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; Z' H" T4 c% G# A5 T0 O
6. {
   ' \8 h% I. U$ f9 K
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + v8 F& R' h1 S1 s/ O
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    & H, A0 [4 P9 a$ Y7 q1 j
13. picture.fin = 1;
    " i3 T. J6 W! G& s/ q, g
14. }
    ( b9 |  a, Z, O/ }! T4 k) w' f* j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " i% u& \" t2 i, d3 d, u& F
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) @; n: x$ J5 A' C
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ! p0 X4 s6 V5 u2 {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : a3 Y+ y! V; C* u% [1 W9 U+ }+ L
20. return -1;
    $ E2 `# T- ^, S0 x3 M! H
21. }
    
22. else
    6 ?, ^  j# V) H
23. {
    7 y- W' `7 `0 P! R) r6 \9 f3 I
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * H% R+ w4 i6 c+ z  B
25. }
      g7 w, i- N7 U1 B
26. }

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1 `6 E- R. _: H0 E8 z& tiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html