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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$ r3 U: ]5 _: Y- _' W; y* n% T

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
( I% j5 t8 `4 T8 I" J
9 Q$ Q3 d1 j, x9 h

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。

, X+ H; O8 l) w

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。

  
  * H) k" c0 B1 V

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

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. {
   # G4 F* q: f& m. \: d, [- O+ n
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # k4 q; f/ Y8 r9 O- }' [" L
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   3 Y! b7 T6 C* C8 C: K8 t
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)
    
11.         {
    . C" T6 x4 \; Y, B0 k) A
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " R- H2 Q/ a- y& r" ]1 m
13.             return -1;
    
14.         }
    7 J% J. W6 o; U5 Y
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ; }1 o2 k' @- ?* H1 f( Y: G
18.         printf("setsockopt error\n");
    & C0 O: @8 o+ E. i
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' F( \& n% {' F
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    - s, B0 W" ~* y& p
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - C7 e, @0 y/ C# c/ u
27.     {
    3 }8 Z) P2 n  ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    + h: V) z$ E* A2 W! h# H5 U+ C
29.             return -1;
    
30.     }
    : J! U( {! R5 i7 R4 _6 c$ n* y
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 ^% m+ B0 k. ^
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   # v  c) L$ u) U
3. {
   
4. 。。。
   * K0 u! j) E* k3 J; R" L
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & L7 ~3 c6 l' P; s/ a& q+ |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   9 ~- a: Q- o  o
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ! ~4 }) M9 r- P1 a/ K  }3 z( z
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);
   + G0 m3 z4 `6 y  d2 M
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 u2 H0 D% N: S
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[])
   . j; e& r) }+ ~8 i0 k
4. {
   : t$ d$ C/ _. A' O6 u
5. ...
   1 D* g% N7 v' i: J1 M+ ~+ H4 |
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ( Z: w0 D# \% N! ?9 a/ `  r
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    + f: A& a! _8 b6 r
11.     while(1)
    
12.     {
    / D! [( c4 P1 a( D
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    % w: v3 t1 R1 k: ]- |) Y
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" \
   
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   1 G  x, C+ b4 y8 |6 N
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - U, O6 \7 x* B' H4 x9 t
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ! D4 t+ y4 W2 l! U9 A
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - P2 {" c% z  K& y
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 e2 G+ b% F$ F- A; l7 ]
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 h& p& v- x  v- O8 U
15.     {
    * }6 s1 U) s8 U
16.         free(frame);
    : [0 p  E* A" q+ |4 Y
17.         return;
    ) u, n1 {, {% g- B2 {, a7 @  ?
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" \
   
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)
   
7.             break;
   5 Q3 R2 @7 X0 B( q
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ! a" s# K3 B0 t1 I$ U( S
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . R$ B- f7 G' C3 P6 C1 l! l; o
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。

; z3 ]' G. V1 E

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)
   - z( e$ K- W1 c
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   # T& t% ~8 p1 @
5.     {
   2 U; v; W0 H% J# d
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 u1 u; G) c0 v. [
7.         return -1;
   
8.     }
   ) C' V$ f# u# ^- T4 |+ X0 H
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / ]" `0 Z8 M8 `1 r% Q. v
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + O; h4 o2 Y3 I
13.     return 0;
    # D; i2 z" M  ?# K2 R/ c; j& ]/ _
14. }

复制代码

5 @  W+ X# n, s# t$ `0 f% x/ Y: f* 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：
% X8 v, ?* w7 I, C4 G; y
9 l6 H6 P1 Q) O: R0 E

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : n# ~, z3 `6 I0 ^8 n$ A
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " B. q* R5 ^% }) G9 o
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 I" R* I5 [, ^# w% Y" F5 X
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( l" H$ B4 ]+ R( Q
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    / ~% |6 w( l( J( b! R* q- n
12. picture.length = fend;
    0 _& o7 A" M5 ~) s
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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)
    2 Z: d1 ~5 z$ |/ M
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' s, t8 c* c9 I" W
20. return -1;
    : v$ F8 S! h  N- Q
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    0 Q( x) q) J- s
26. }

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$ c/ p+ K0 B2 \6 A1 l

! {2 S$ k/ z) @  i) ~2 |
8 I+ J( y0 v# E2 Y- r  @iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html