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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  O! z0 C+ O; }5 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。

! F: w/ g! b2 J0 F, @

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。

一、HTTP网页服务器
; l1 U/ i& l$ D

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. {
   0 N8 H9 H! T7 J9 r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ H2 j1 i: a8 |4 |0 H/ a1 s* \$ C
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ Q" s. P$ M+ B# v% M! H
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   - P1 M. G$ E! y" x
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   . J7 N, X: _$ s2 Q$ ]" o: O2 p
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 O5 A! f& [; C1 ^' i
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);
    ; X2 O+ u- }+ v3 \5 H2 n8 g* k
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - C3 n# S2 p9 R# D1 B
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 k4 d' R2 b4 F: M3 Y
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    + w/ c( B/ h7 t  ~* \% R4 y7 R4 C$ n
19.     }
    & \: [0 \# j9 j7 \
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    # ]/ n8 z& l% \: u
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 x) s# f) K4 P$ H3 P
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    & S. y; ~8 H2 Z
29.             return -1;
    
30.     }
    8 \  }( O# b2 H8 z2 K2 k  e
31.     return 0;
    / g5 U9 g/ f" H! C1 q. x
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)
     |- P* ^' f0 a# T4 A1 J, L; h
3. {
   # ?  m* I% `: j6 _  b6 r
4. 。。。
   3 v- k" Z. R; z" O% J8 K& o
5. while(1)
   7 C9 M" J* R& C/ t$ w* P
6. {
   ! T. D$ y& c" q% |
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 g% R* O# Z1 v, g/ s$ {* R7 g3 G
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     P" c( O# Z# y* d+ M
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 L! w- G, D& F, M" l- f+ `
11. }
    
12. 。。。
    8 E, r' L0 A% n+ A; Y& D4 E
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);
   3 n2 J$ F7 ]9 _" T( i3 B3 e: r9 j
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   - N' V2 j+ R0 [  H: F0 d( C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 {9 D6 p5 n2 x! X' w4 V6 E& H+ d4 n
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' ~/ J+ O, v3 z; R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' t4 ?: o2 V  `+ 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;
   5 @  o! X) R+ y
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);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ' d# @  _6 o! P: `9 B
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 l6 ~  N- a, [4 t7 g
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( S: n7 l$ @5 H6 }5 l: F
14. ...
    # E" R8 c$ M* O% {9 X, M
15.     }
    
16. ...
    4 R5 Y# F1 C) f8 R
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;">
   - e, D* ~/ S# y& V8 r
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" \
   , S$ X: q3 Y2 Q/ D% z: y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   6 z8 A: c: @( Y9 o& J/ U2 s' u
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" \
   . G! |! y3 T; q, y2 u; G  n
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   : e! n6 U. F# s9 F  o$ l1 u
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    # `( t/ m1 a8 Q; c4 f! T4 s6 M6 F6 I: B
12.             "\r\n" \
    1 x2 a, S- f* s
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 s. Z5 K8 J. j8 {+ \- z8 S( ~
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    8 [# n/ D5 D7 b, E
17.         return;
    
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" \
     F/ n2 |8 D  }' W  P2 ]
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   8 \& N8 z2 n3 A5 \3 s
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ) S6 Q& q9 I# F. n- f! m
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . G$ e( N" y' a* Y( q. D
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ; k( l, B1 o/ w/ R& T
8.         printf("sending frame\n");
   ' i' ]& Z& x+ s; n7 W+ r
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    7 `) ]9 V: A6 E1 h
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / ?2 t% b8 R: b) _( W/ ^4 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>

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。

2 b- l' d1 r7 L1 n2 M8 h2 ]

4 o- R  ]% e* {3 Y+ K  t( I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)
   6 `. e0 v0 x# c0 |
2. {
   8 o, y3 Z  D' O, W
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + {' r, j& J1 ]6 I2 H
4.     if(*socket_found == (~0))
   , u: q: g' _, m- C
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   - B' {5 \( }: {/ n+ i
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! M  e# J1 z. ?; v& K3 ^0 U; o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! h- ?; |$ P* n/ S
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

. K: j7 S/ G1 j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：

# i4 i: B/ g* M( H$ e3 U
7 N+ t1 C7 t/ h( l$ ]

1. while(fend > 0)
   ) V  K3 c4 B7 p2 `
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . \% n/ H5 f7 Z$ W
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   + R8 V/ ~1 A4 L& a7 U
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    0 ?9 l, `  J- x0 G' L6 [7 a, w
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    7 M% j6 Z+ f( o5 \" d" ?
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    7 b0 p" g; r! ]. C/ x/ T  K/ j' Y
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    + b2 V1 i& d/ k4 y  i& P$ [  i! f
22. else
    
23. {
    $ _) `2 V. c! P/ i9 r  n! y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 S! j2 X  Y2 y4 V0 P; e
25. }
    
26. }

复制代码

8 T7 Q4 u; d0 ]9 n
  q4 A% |" x; f' z- ~) ]iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html