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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/ @* y/ z7 W; d6 W+ x

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
7 j& L$ k/ ~) E5 E. N' U9 a

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。

& s2 F% w2 v5 y+ s, i, r. N2 u1 Z# t

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。

) T- n% S" O% X一、HTTP网页服务器

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 i2 V. Y6 D- n* @. w
2. {
   7 f! y' K% j6 ~/ [, Z' `
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + u% e% a/ F5 ]( c/ i
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);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ K0 A# Z- D4 M$ a9 ]' Y
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    9 ~1 G4 O" z1 J' G/ h2 t0 k' e
14.         }
    8 A7 N* m$ b2 F7 w2 T7 |0 ^7 m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! R/ D# q) o5 I' @
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    4 y/ D1 h7 I1 v
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . Q' g: ~" L3 L0 \6 G. f4 ]& d
21.     if(ret == -1)
    7 D$ O- g" u3 y
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ ?7 @# ?3 C8 Q* b1 {! c. d
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 k/ \& a5 u( Y6 Y6 F/ t3 ]7 [8 f5 X
27.     {
    1 \$ ]6 q1 t$ U! C6 U" `5 t1 W) _
28.             printf("Listen failed!\n");
    * [0 c9 c& g- @
29.             return -1;
    4 w$ c  L& E. x5 h: c0 W9 ]& f- _; f/ u
30.     }
    , R( x4 ]: N/ P) }3 j) }! ~
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);
   0 G" |  A+ r. s/ q9 }5 X3 i
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   % ^+ O# U3 Y  t6 h
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   4 K- p( @' d5 ]% X1 }9 l) K
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - c2 o) j( \0 v& J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - R. _8 @- }" i2 D1 [- w2 U
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , L5 z7 Y* T6 w# U/ l* @
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;
   8 I4 N( h4 ?- H9 X  j
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " g8 ~+ \6 Z8 N8 v& |
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 S' t  b- e5 y, F1 W" y9 ~
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;
   , @' y: J& b! ]) \+ `  ?
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   8 M/ h4 Z  f- g5 |7 i
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( g4 c* }" m4 S# ~7 N- ~
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);
   8 A' u$ m; ^8 g& S9 H) w9 u
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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;">
   
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" \
   ; @; j. u& r) P: w0 i: h
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" \
   " l! q. A  \. \
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # P) v% s* {* Z/ I( a$ }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   0 G$ h  d( d7 X, g8 U$ q( T9 z. X
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
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.     {
    / u7 I) Q* I9 b2 L7 m; e
16.         free(frame);
    
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" \
   . e2 a* G+ c) X7 R
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   3 i" j# z& M2 i8 V8 v" b9 J
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ; p/ p" T, Z* J! Y, g+ c
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . U* T5 d8 t" S% c
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   5 p( H7 j; b" Z" M; B
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # \0 A6 O- b4 e
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! S% S5 e% x$ C2 Q" t& B0 `3 e5 }- ~
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。

9 ^# T% O5 ^  ?) j& g+ {6 R4 V

5 b; e7 a/ x  @! [  T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)
   
2. {
   3 s4 H% y5 p& H7 c/ E! y1 ~* j
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 x' q# q4 n3 N. V
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 ?: h) X! J3 p0 I4 k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * J4 {4 D% b! Z0 Z7 ~
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! M9 @3 G% V. i
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

0 E# n2 ^  i' V9 V6 T* \, _& n
" m" ]1 j: c8 E1 ?/ Z, d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：
" Z1 h2 c) F" y

1. while(fend > 0)
   : G2 {6 r( X, K( _
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . S$ G/ Z" g6 ^. c  `; c2 @6 ~
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( ]/ I3 {0 ~3 I/ @8 ]( k
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   4 P; `- n; r/ l) W
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ' h: |, H; p. ]3 E1 g$ v. l
11. {
    ) t$ Y5 {6 m6 D& Q- I! J/ p
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    2 y0 n, ?& |9 n% O! J% M, M  C
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 h" `5 J+ h  l) t
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    1 x4 e& g/ I# Z* |$ M# A- E8 W: Y
17. if(sendbytes == -1)
    : Y9 j: e4 e4 g
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    1 _( U  H2 J3 k- M8 C6 S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! O5 }% P) e& K0 |+ u. ~
25. }
    / V1 S" X( h& b3 G! N, G4 k6 k9 u
26. }

复制代码

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