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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$ g  `8 d! P% _, u9 m

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  N, x1 V6 K% i
5 J4 ]4 W8 w5 g, k8 l

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。

  
  " j) A, n3 f* o& ?9 O1 s- r" v4 n7 h6 w

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
7 ?5 _& A  R7 w  W2 A

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)
   . v7 W. ~& c" C) C* ]
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 @) |; G8 U  |; f
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 E; M" x: e# i1 l7 h+ p
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   3 B" Z1 Z, X) {) z" B! L5 ^
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 d8 Y) `5 R* J; \: U8 @4 C
11.         {
    " x& L& y( @* A
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' d8 Z0 L2 K/ ^' `
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    , D' b' [# l: A! z  H) z- A1 U
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ {7 [2 f  l! l* m; n9 t
19.     }
    8 T" S( y7 b" z* ^! _2 E% Y7 g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    9 B% V' W3 P/ W# B' p
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! P2 F8 Y- `1 S2 @0 x, |9 Q
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 v; w' j/ |1 R6 ^0 ^
30.     }
    ( e2 H6 h; x* h' {5 k- X, N6 K3 E
31.     return 0;
    / a( I0 q) x7 ?. \6 C
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)
   8 W2 o- a; ^  Y6 t$ t
6. {
   ( W! E7 S, v1 K) [
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - S7 |3 ]: t. t/ ^- B
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    4 l6 C0 @/ }5 G) S$ k
11. }
    
12. 。。。
    
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;
   9 p2 h7 K0 X9 D% a4 W# D$ i
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 e5 N4 T9 r) Q/ i. H% I
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;
   $ Y: u3 c8 q) N9 J" E" R
2. pthread_cond_t pct;
   % n0 m$ {; g( i
3. int main(int argc, char* argv[])
   1 U9 x& y. D+ r5 h" q  o
4. {
     V9 n  \; g, a, r/ b8 h" F  ?
5. ...
   2 x' i" h( d/ T( X6 x$ ]3 L' ?
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 `6 v* O; I( s, T( C" ?
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ' U& m+ _+ e# W+ K* C0 v6 ^
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   - u$ L9 g6 G5 Z9 y% r& J9 B
10. ...
    & P. A* u) Y% j5 N7 A7 H& u
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    4 {/ C% M' Y0 J
14. ...
    + Z' G" K' v7 E( Y: G
15.     }
    
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;">
   / Z0 I6 ^  `% z9 j  ]
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" \
   1 Z+ y- b1 H- j1 M
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' u3 ^# A5 n. R5 v
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 `2 H( {1 s1 J* A) w' r
7.     printf("preparing header\n");
   % v2 z+ z, {. b- |
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , n% }  F$ u9 s4 b" d
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ K% Q' Y# q( {+ }+ V# h! j
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    1 E4 [0 v# R! |7 f+ Y' w, u
17.         return;
    9 z) n7 W$ b  M0 S& i" i
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" \
   $ h2 M3 t& ~; P( u+ [2 [
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   / C' A; |9 J) `# I9 t0 Y
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ) _- i3 y* H) x  j  W7 Z# h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   : A5 r; a% ^8 T& Z  Z! n
8.         printf("sending frame\n");
   1 X% \% Q) q5 N, J) u" C( _' J
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)
    ) P: J# T3 a) g6 V: O7 l( L
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; n. s7 C( p6 ]5 U5 ?+ P% Q6 G" e* f

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   / a9 m* C, i7 f5 `  O& G2 Q( _: }+ J  r
2. {
   / u. y& j5 P  h, B" \7 t( c6 r0 u
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   % h6 O  e8 z. C4 i8 N
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   3 r  z/ I# Z* X# ]. a* a) I% `" j
7.         return -1;
   8 I( I% R/ m: X% b8 T# s
8.     }
   8 P2 }  n, v8 ~/ T! V0 y1 l
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % X, ]9 K: j2 T5 ?6 D
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' [. Y! N& T3 F) L$ a7 D5 q9 t
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    1 y% N9 O0 Y/ E
14. }

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5 N! F% V% P+ T
$ A) S: u7 l. i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. while(fend > 0)
   
2. {
   ( Z2 e+ ^1 c! t7 G+ m
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " Z7 C: O) |1 D. x7 n
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 _) M2 x9 ^4 p5 O. ?- x
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ k0 v* J8 h; t1 I
6. {
   ( B  {6 R( _+ x+ r) o& M
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ; \  U+ E& w+ Z
10. else
    
11. {
      v" ?# Y8 H2 Z4 w/ E7 K: A
12. picture.length = fend;
    # Y1 E8 P% S. W, j2 o/ Y1 p
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    $ i$ D& d3 I% o
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ' ^/ V/ p  j& c! l
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    3 Z. s( I4 D, ^0 X5 i( N/ ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * r: L  p- t* l7 P6 S7 d; @5 ~
20. return -1;
    6 b5 x5 ^; j0 N; s
21. }
    
22. else
    
23. {
    * h3 I, [: @) `, _
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

, x2 G& ?. k; a) J& l7 ^

8 ^5 s9 K' {; H" a( C- B9 V" p
) I9 |. S0 q' q: Y- diMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html