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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  r% q* W# Y6 |" D1 v3 {

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。

% J6 p6 v" x; o

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。

1 @& l* r1 d% x* b! p一、HTTP网页服务器
+ k8 H& A9 p3 E' D7 ^# 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. {
     a5 r7 \( w1 \" k7 ^1 P
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   6 R0 S* i0 {5 l0 {+ J5 n
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + X( ^- ?6 U: G/ p% L0 v
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   * m3 Q. F1 ^) U" u3 q$ d/ O* k" f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   / D9 U$ j1 Q. u$ W  w
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - o0 J' N" q* u) T
11.         {
    5 C& |7 s/ ?2 u$ V7 [
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 }+ u/ y7 Y  {% I1 v
13.             return -1;
    / g2 S1 J- U2 {
14.         }
    % Y' ^7 e/ T: m$ _
15.     int on = 1;
    7 [% h5 h6 X9 z4 E8 U! o6 a, |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    % @- H9 r1 d8 ^5 h
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    " e% [  z5 I6 g" F
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    * n; Z! ]$ I. |! p) O2 k4 `
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    6 [. e9 i$ _4 t$ F' P; G) {- W5 A6 z
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);
   ( L( u. M2 }$ v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     {1 a- G9 F% K% c( d
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   : F& ]; ~! E1 F5 R" W
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   % G) `+ ]; \1 T2 A3 q# L5 {, D* B
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' h; y" h6 W, w* f% M/ Z# f
9.     。。。
   , ^3 p- t: a8 J+ Q6 Z  s# K3 N# L# o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; O  g5 f7 x7 Z' I
11. }
    
12. 。。。
    + F6 D) p2 }6 m. ^
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;
   ; r  W& {) _0 u
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   : s8 Q$ x+ A" c6 j- T2 [* T
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;
   & M: t5 ?' e- y* g
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   " T3 v. A& T6 D2 M: \
4. {
   6 h% E' H0 {: G9 c7 D
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( p  f* t4 s4 g
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   # ]" O6 F5 @- S" e
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    2 ]6 j  U0 `1 T. A7 N
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    + n" \" R1 q8 Q5 B5 l
15.     }
    
16. ...
    2 O5 A" ^! r: S. 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;">
   % Y0 h$ K' @- 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" \
   7 ~- \9 J1 n! H4 e; `
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # ^4 j1 o1 _9 y# N8 g5 b
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   : y9 F- g, u) t+ s0 A+ u* s# U
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   4 w; x# L4 y2 T) |. J
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   - \3 i& [2 n% a- j% q  k. ?
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 Y2 X5 L/ \( G; A/ z6 [
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' ?8 c2 o( z: F( C- s' C) w3 J2 h" m
12.             "\r\n" \
    $ U+ R  ]" K) r# X' U
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    , }' j3 x+ ]' N# v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 n: b; Q7 F% S) _, Y1 s( T
15.     {
    + F2 L/ i; v1 d. D# r
16.         free(frame);
    
17.         return;
    4 m3 w8 i# {7 ^' M7 B" X: 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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   8 }' g$ ~1 o- f+ u$ b3 a0 l' k
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)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   + q+ x% l! |6 c/ N: h
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)
    ( a1 v+ s1 j, l0 [1 c
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。

/ t% X7 G8 T* R  p

' _; s6 r2 n/ s/ O0 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)
   3 V2 x5 R  O  [0 B: L0 d* ?
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   - `9 L- |" n( f
4.     if(*socket_found == (~0))
   % s6 v6 L! E4 @' F# B, t7 w* m$ k
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : Y, S% A. F" i" E$ `
7.         return -1;
   7 d  X* r% `9 E) m+ k1 a
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - }& I2 v# W+ V/ m, @' n3 q# W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 F2 q! _  u# f1 A
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( H- \( A3 v- L8 v1 Y% @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( \+ ~8 E3 F+ j! l
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

4 u5 U' y% t- M1 I8 L- n. 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：
1 C5 t) L, m! E+ D8 l

6 S9 N1 l8 l# L: J& y" J

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   3 X: e$ H; l4 a0 F- o
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( ^5 \4 _/ m9 x1 ]# X# }* K
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ) L' ~+ A% j  N) C
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 ~$ T- R& q" z" ^2 ^
8. picture.fin = 0;
   $ c" g6 x5 h3 s: y+ K
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # m! i! z0 h% \8 n3 f; d/ ~
14. }
    3 D7 w+ i5 C1 y( ]
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 J. ^) b$ }0 X7 B8 G" D
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ' b- p8 B/ s3 o! ^) U
18. {
    4 }, L: X- {7 k. r$ L
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) I  @+ ~, u: v
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    , Q! J9 h* r6 j* X! A2 d
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

1 e/ ]+ n3 `7 x% _
$ g( q6 ?# C  I3 [9 H0 hiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html