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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0 e6 q7 n7 I: j! _+ `" I

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
' H  f( }4 x% R- U, l) M

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。

  
  7 |4 [- V  G  d+ ]

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。

# B+ K. A& ~- z8 s一、HTTP网页服务器
" c( z+ F$ O5 J. ]/ [

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. {
   7 N" Z9 [) h( z2 \3 B  |, z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   : ~: k: q. @, m: Z; w& h$ T
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);
   9 x( y' L0 F# ^  @
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 `, W& [: c3 C
9.     int ret;
   , P% I! _6 M0 W3 u8 W) ^
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 ~+ a6 T6 I' ?" k
11.         {
    2 a  ]2 h% M9 F/ l( g; i9 Z$ \
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    # R) [, m; k! u+ _
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . ^! f' g- o# ]) D8 C
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    & j, C$ g( w  h  t
19.     }
    # E- E' `, r4 v3 U  S, @& o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 B5 E/ b) t- C  K
22.     {
    ! n  }" l6 p0 X, X1 z' H, F9 v
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 I4 \7 U- K- [1 a  V" E9 ?
24.             return -1;
    ( \$ p4 ]! ?; }& ?: Q2 U
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ j( t1 ^1 I% t. {; V
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    8 M+ x9 A% x$ c# A+ x9 a1 M
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. 。。。
   # v) C) \9 m+ w8 n5 o1 o
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 L( L1 |( L6 @1 G
9.     。。。
   ) i: f: @5 Y, e# V  N- W& Y, m
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ( _: m3 n2 [3 ~
12. 。。。
    2 d8 a. F; g% k
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);
   ; a% R' @" ]! F9 D$ Q0 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   % w( G6 C6 x  o
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   $ j9 j. m7 d2 U- [  h# j2 I
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( i! p/ E" f/ \+ b5 ~; A6 [+ c
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 p  ~7 ?* L4 Y& W: f7 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;
   * X( V* B9 A  J" c& D% C
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);
   0 r# ?) l: a8 f6 [( C1 m
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / R: {0 f" e6 h7 t& m6 q4 D
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    6 b# ^+ E7 E# P* S! J) W
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      ^0 I! j3 q. p. u! s' v
14. ...
    
15.     }
    2 I. V9 b* o/ Y" M# p" t
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;">
   5 Y% M& k5 W- Y+ m* [7 a; ?4 o% \
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + _4 o0 J; w! b) K
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 t) D, H) D. m' R4 r- ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' e5 B/ U3 E1 D' M2 ]
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' ?( S- J, T1 R
7.     printf("preparing header\n");
     O0 U0 U8 W* n8 |
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ C8 n/ i2 J) O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    1 i# a6 B& `, f" ~' R2 [8 ^8 ^
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 d$ ^& Q  \  Y( a/ a  p# H
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    & C1 g6 c# s; x
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ! P1 A- X! P  P4 T" Q6 b0 j
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" \
   9 Z  K1 Y3 N$ J6 L# H0 T
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   " l+ ~, P  N) x/ O: ?5 A
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 I: X8 g: `& w: Y# a. T1 |
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( o. U& n; k& m
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / Q2 P" b; ]/ D" x# c2 J
7.             break;
   " U3 o% L) v: T
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; h! x) h% t5 a
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    * o" i; y4 h) C; X6 J' d% [0 X
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 `/ U% o! S2 ^! u3 i
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。

6 u5 [. F- ^; d二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' J$ P! y* i8 Z' u

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   5 t$ A% v9 s/ {
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   & E& g) F& D$ O6 c; w' b8 {
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
     w; V. i+ m, P4 b3 c' N1 F7 z) }
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   7 D' s) I( Y/ ?; Z! D: @" g2 U
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) u  c( W: j+ R/ l+ A
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . u# c& `' l/ n8 {7 ^+ z
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # Z. g6 k. T: B
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

9 N6 ?$ ]( w' u! v: D8 w# E
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：
0 F# I8 A. n$ w8 l9 Z

1 Z3 i" y& \4 i5 r5 E5 C7 b" S

1. while(fend > 0)
   6 @  ?' j" S" a0 A( ]5 C
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 G6 ?8 l7 z% y; F) ?
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   7 E' j" Z1 O3 a& c7 R, n
9. }
   ; P. j# E# S- Y1 ]- F
10. else
    
11. {
    ) Q; }* |" D3 y. e% P
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    2 W2 @4 @; K6 K% k, V# z
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! f# P$ Y; K/ F6 l: |6 T
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    8 C9 P7 H3 j; `9 t" A- M# j7 Z
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 t" m! f( a- j' x3 t( T
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + a' `6 b* g% H
25. }
    / r! H; ]1 s& W$ f
26. }

复制代码

4 m" k7 K% A  }# p2 L5 D

& m. l: p0 H3 Z0 `4 {iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html