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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6 t% V3 N" u4 Z0 |- F' F

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。

+ @" T# O( P" V; o

5 a/ b1 k/ E& t8 n

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
. Z; p0 F8 m5 Q; n- y

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& N& z/ ]0 `( u, ^# ~
2. {
   % r3 k: w$ `% R
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : S+ ?  R& o, A2 ?
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' b4 n0 T* S" i5 L- P9 f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 G* F# N& ^: v: O* P: k. D
9.     int ret;
   3 w" ^+ g9 Z- m6 I( s" i6 J! q6 k: l. q
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 m& u3 b9 T7 ^2 b, J
13.             return -1;
    % a, z9 j. z5 q. j+ @2 y* [
14.         }
    $ R) D5 w9 ]- x" q4 A8 u6 R
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 D& N+ O/ [  U9 X3 }8 p2 k# E
17.     {
    - A' g  S$ b7 v  y$ e3 x
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ; n! |. v/ u  p$ z) |( W3 {
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % Z; ~4 T! W( `$ L
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; ]! L  y; {7 B8 Z9 b) [, z
27.     {
    ( s, q) W: P  p8 q/ `1 w* x, Q
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    3 N4 ~+ t& @6 U
30.     }
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   * S3 n, Q# l: |) y. b/ Y' y
3. {
   5 K* ]1 X6 H) d* }4 ~, k
4. 。。。
   * L, b4 n8 h+ D9 Z$ |
5. while(1)
   & x# j+ x* u9 E: q( Q5 M, w. T6 |7 p
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 |& @! G" o: [' l
9.     。。。
   & K; s- F- x0 Y" Q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + A  s9 }+ w* x- W* U* s
11. }
    : @8 J. Y  v! Y! z" E4 ?& |  G
12. 。。。
    ( |" {. K" S+ ~: u5 {
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;
   7 ~1 Q0 p8 P4 P4 f0 O. s
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   - v; ], W( Q4 R8 k- q) C
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   0 C$ N! D  k8 d9 m, }( Z4 ?
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;
   ( n8 ^2 L$ `/ q* D% d0 u
2. pthread_cond_t pct;
   # w  ~) @. P# h' z9 l! P
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   - |; n1 Q9 c. s
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ [0 f, z( G- x) Q7 u- u
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - j; k% o) U/ S0 d
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + _# E9 z8 ]% S! k2 _
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ! k( y% {: }- e
10. ...
    
11.     while(1)
    8 J* ~. |) ]  m% H9 i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    % Y; _* b; y+ L" ~5 T5 P
16. ...
    ' g1 e, e, G8 }# J- `9 F; z8 F
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" \
   , V. z" `% j0 X' a5 z+ s
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   8 q$ J2 M, M& o1 j
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ `* R; Y$ d7 {( y. _( _- [: m
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
     M1 H8 H( p/ h3 R. P: x
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   6 |0 Y. o" S6 x) T3 y8 ?  F
7.     printf("preparing header\n");
   4 M- A* v3 ~9 r! ~
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % D/ r0 x9 Z* w3 D9 ?6 [' W
10.             STD_HEADER \
    : t0 X( P- U. d5 g0 r9 Z
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    $ n0 z6 }) v3 ~5 Z% u( r
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 V8 _0 Z; P* m$ u3 y" W
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : _: t3 }- x6 V3 i
15.     {
    , j- g, }: U. v* g. ?
16.         free(frame);
    8 v" ?2 N$ v& i
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" \
     ^8 T1 v) Q3 C' o4 z$ c
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : E/ A6 E$ x; i
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * l; r- o+ p) ~* o" _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ; p( b9 H. p3 k8 `. Q
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    / w7 I& R3 V) k) z  t% t
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。

$ H0 r& B# q4 m: |1 |8 J

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
! q1 _4 g; n& l* a" y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % t; d6 W* d' K( ?1 c* K' W
2. {
   - M. W1 F: v2 y4 G( u5 c
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   " @# I4 Q- A& T  N
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , R/ @# u$ |! D& r
7.         return -1;
   
8.     }
   : k. B: ?% m! x1 ?
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
      J6 M7 O; c0 j. X% k9 B
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    - n2 o! L5 Z7 ^6 ^# Y
14. }

复制代码

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：

9 c) Z1 S* r+ I- v8 C* w% C
$ h1 f" H" a9 F: {+ B

1. while(fend > 0)
   2 `+ I2 V, _% k9 @
2. {
   1 N9 `; q- v/ K& j0 O
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % R6 c+ ^7 U0 r. K; w. A, A0 a" |1 I
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   2 g# Y  L4 n: U4 W( \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : N8 @  q: M% S) y4 r4 |
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 R0 V0 O* x* ^& S% ?5 Y' i
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ) I" g( V7 d+ q9 L( I  I! Z
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    5 d1 ~8 |: p7 D( J: l6 ]4 f
14. }
    % G- N4 w8 \3 X/ g( U7 z7 a
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)
    1 s! f* W' w6 i  d% C: \& j
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * h6 B# N! h0 `8 R" a
20. return -1;
    
21. }
    ) V: o' k# o& g+ a
22. else
    % |& Y- e2 |; ^' _
23. {
    - z1 A! e2 Z1 |! @, m4 t
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ( v' a" i9 Z* w4 D3 s0 A
26. }

复制代码

( i$ [+ m( U7 A$ X% w* ^, \2 G

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html