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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5 k3 U# u) F' E! i) k$ e' S
: D! H( z; L" Q6 I* ~: M

/ M% [7 }& H0 E5 k7 J9 i! n" H

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
# A+ i. x* h- x

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。

  
  

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
! o* r' a8 r, t' J, k& n

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)
   7 T+ S: _  G3 n. c3 `
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ Q# h( W$ J) a
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   6 z0 J) Q% c1 O9 y1 f
9.     int ret;
   0 v( H5 K! ]& y2 m
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ c" G0 m" s6 W  L3 o  B3 O* P
11.         {
    , f4 w& e1 b- @; Q# H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    * E' q/ M9 V/ `/ L
14.         }
    ! y% ]* L. h. E  |+ @2 r
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    1 A% Z) B& Q" q+ m# ~# _
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 N  k- C6 o" w; G/ E
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    * I' d# [* r4 v* |1 O
22.     {
    / J3 S4 e7 C5 b2 Q1 v' l
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 i  u) i7 }3 ~
24.             return -1;
    & U1 E, V9 g6 |7 V0 s9 q
25.     }
    2 N6 R2 e! y+ G2 _0 `4 \" @
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! r- C, r2 w" a7 U
27.     {
    / M' C1 S) j: f! g; S
28.             printf("Listen failed!\n");
    : P' c0 B  t( X# F' H+ b! N% V
29.             return -1;
    * t$ [# |% F7 ]% u6 W, {: [! R
30.     }
    9 L  d" @6 v7 O! @' S! S, V
31.     return 0;
    ' B  p7 G/ v0 i2 W7 _$ y
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);
     `0 s; N8 B: X' p. W5 Z6 a- B
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . F; Y4 [" P0 H( C$ E1 T$ b; c
3. {
   , B) l- ]6 }: W+ }  m
4. 。。。
   
5. while(1)
   . W3 c& a$ y4 `8 |6 R2 k
6. {
   4 {9 G! }/ M2 \$ l( f
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   . U! i9 y3 ]" q+ G0 H8 D3 q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    7 O! j7 K7 `$ i/ g4 k
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;
   * b- l- f  w+ B9 d  q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' G* ?( O' q, N1 S9 G! ~0 z
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ( U% [, c# K! ~9 M) A
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 F* L0 ?, W/ D' h$ }+ T4 d
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " E& E6 @! m( L3 P1 T
10. ...
    
11.     while(1)
    ! F, |4 E  l  _
12.     {
    4 S. I$ P8 P" f2 D! O
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; j5 m: a! A5 e
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    6 j7 {2 r+ U$ m" P
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;">
   ; F$ d7 V+ b+ w. b6 W0 R% B
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" \
   8 Y9 B# K/ o" I7 Y: H* _1 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" \
   ( w) W+ {9 a/ g
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! U( J$ x. i. J! z. J# ~* _4 x
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; o2 \: r% z# o8 n* m
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ; `  n$ |$ R9 {$ Q5 l
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 c7 W2 r  G7 U. \
15.     {
    
16.         free(frame);
    + R7 i# c0 S( r: r
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" \
     w2 R. g  p& `+ _$ V  l$ V
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 \  C4 A1 l+ s4 b% {& ?, Z; t: f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   8 I0 F# }" C6 J* k% U9 d- O
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( E6 B8 t. \" r" O' F
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 u& \( Z8 S  O, J/ C+ _
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ' q8 O' F& x1 M4 S) J4 w
10.             break;
    4 V0 k0 f7 A0 E; C3 [
11.         printf("sending boundary\n");
    ! U' f( u5 O- B' N  j9 I2 J+ ~
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

/ C$ u; K/ F2 r3 s9 C- `9 b二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
0 r/ U7 X' O! W- M$ |& z

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   + @/ p* _+ Y& t# f' c
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   6 K0 D+ }6 R/ p) F
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 B1 x" _3 \  M2 G+ |' ^
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ( A3 V4 a' B3 e# Q$ j! c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 M2 Z( M4 |/ u* L
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " `7 K0 p( E5 }
13.     return 0;
    ; A; ]" t+ ]1 o. k
14. }

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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：


* \: Y+ s# H+ m9 L! L

1. while(fend > 0)
   3 c2 \5 Y0 D/ O  M4 K6 t
2. {
   8 T0 N% r( U; ^
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     U0 h) g8 `( \
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ) n$ i/ I0 [/ o$ t" s% N
9. }
   
10. else
    
11. {
    & c* J- j1 m+ V
12. picture.length = fend;
    & I, H6 u6 O  \1 r; z6 s' \
13. picture.fin = 1;
    0 D2 `+ e' W7 M. b
14. }
    : f& ~2 @' K1 j! g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' V; {0 c1 V$ y3 v
17. if(sendbytes == -1)
    4 O  c, C1 c# k5 C
18. {
    ; Q1 ]/ [* W$ I; m2 g- d
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    2 C6 ^( |0 p0 I
23. {
    , u. U# u  f9 Y$ U+ n7 _
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 f, p" ]2 v1 U
25. }
    7 d0 _1 K; {- l. k; Y
26. }

复制代码

3 ]9 d  x$ L0 |0 S2 b! K$ G! q

$ g8 u! @. ^& N# h' E
% L0 U3 V& h! @+ c/ b+ ^% viMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html