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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2 q! |- ^3 z$ @/ T( 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
5 I, z0 }, n* U, G

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。

  
  1 a" b! W  b3 B: a/ H: y7 j

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。

) k* C7 p  d) |9 J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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & @# |" `2 V: L  @+ _$ `, X
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # V6 h% Q/ T& U. L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   , E1 B: ?3 ^4 {1 L7 V
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) h; q& V0 Q' y6 D
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ) }5 x# \9 [4 D8 A2 D
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
     x* E, w5 x# K/ g2 e: l) x
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    * [. T6 F# H+ M+ p6 W9 ?* g
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    , v8 A0 R9 b  y" p% @  ]! C( F
13.             return -1;
    
14.         }
    2 ^! F( T( S4 R: I* s- y
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( L( |/ J- e6 o; T: y- L
17.     {
    ; c5 {- j5 {, t3 w' M+ g
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ' f' Q* F( R* V: ~: u* r
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    : f& R, J0 k; k( q
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    9 D* s% ]  m  v6 U0 O# Q
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * |4 d9 W6 q4 Q) f1 M. p0 v
24.             return -1;
    
25.     }
    9 r* s2 y6 c6 n/ U" N4 g* @
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 B& |3 k8 o* \/ X- F
29.             return -1;
    ; h3 d6 q" U3 x9 c  Y' i0 I; |/ [
30.     }
    # X5 L) A/ f0 s1 I
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. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   5 R- {$ T- j0 o1 q0 d0 N6 z
3. {
   * U" `- N6 y$ n* B  a5 k  `
4. 。。。
   3 _* j6 ~8 I7 h, p
5. while(1)
   
6. {
   # B) u( h# E* T0 R6 ^: o) s- E5 N
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # p, K. p: ?% J4 a- u( d5 X
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - h( u& r2 V, E
11. }
    
12. 。。。
    3 Y% h  \; c5 B1 \
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 [( x2 d, @8 @4 F
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 c4 L" J( d: o+ w# S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ! y  E  ~+ K" y
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;
   7 \; S/ w' _) o) P7 x7 F  b# i
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   " c. H+ Y. |$ V+ c1 H) `- ^' G
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & _: s! E; o# @
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   $ V/ S/ x# u( u/ _
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ' d: Z8 n6 V% Q: i+ d7 I( |
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   1 Z+ \) g$ K' h9 j7 v
10. ...
    
11.     while(1)
    + @* n9 ]! ~) L9 @( Q- O
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ; ~$ X7 x+ M( V8 o1 F
15.     }
    
16. ...
    / W- b* g- N. c2 {1 J" e
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" \
   / t) G; i- R' L8 p
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" \
   . N9 E( n. \+ i* q! V$ _
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   & Q8 q5 _* w( Y; j
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ m, A7 L7 d& G/ D  Z" u' y
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * E* ~* x; [9 Q3 c( Q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
      H0 m! j3 @; ~" g; Q6 T' @
12.             "\r\n" \
      T! m" S9 ^( K2 q2 Y- J1 z
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 ]1 h% |  j/ Q& ?, u; b
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ( c* ~( _, f+ P0 V8 h- W4 e
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" \
   7 m7 Y' r' |* C' ]5 b
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);
   & t7 z$ k2 A2 P1 J! T
5.         printf("sending intemdiate header\n");
     v* [. j( o* i$ V& C0 z" X& K, W% e
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   3 m4 g  {2 a# ~( H& x
7.             break;
   ' q: _8 B/ V; l, i( Y3 P$ X
8.         printf("sending frame\n");
   
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)
    
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   " e( U9 m& r: R( l! m- K/ ?- w
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   . s. c" Y! Q  [' ?; `$ j  V) T
7.         return -1;
   
8.     }
   / ]0 c# w$ ^5 w1 x# S& o
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   9 V) u1 N3 @+ A3 e' M
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 F+ E- s; X2 ^: {  Z7 p
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 ]% A( W$ M& ~' I9 I1 Q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    8 p! C2 ]9 ?+ t' p! e
13.     return 0;
    $ h) W4 b+ I; H6 }
14. }

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: y! t% x: I) Z- k+ Q
5 _7 o3 T% y1 M) O$ O8 l5 t8 E# {: V3 c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：

2 Q, e# i9 k7 S$ g$ p8 O
6 P: x* e; Y% f; p

1. while(fend > 0)
   
2. {
     t0 j: g; E7 {+ c- X! ]# c: O
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 _; C3 M0 g% T  ^
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # `! K% t, ]1 l- {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : d8 h: D0 ?7 F6 }' `$ ?4 ?
8. picture.fin = 0;
   ( @6 i$ Y8 J8 I2 [( `
9. }
   0 G6 ?  Y* B, y1 }
10. else
    2 {* ]9 d# p% q0 Q1 u
11. {
    
12. picture.length = fend;
    & V4 g6 Z% ^* g. s7 Z, k
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);
    ; f# ^( B" n. D( m; F
17. if(sendbytes == -1)
    / p# @' u# v4 ?: {; g! K( }- S
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    + ^: G- Y8 w, q$ d" [- _& s
20. return -1;
    
21. }
    , x& ~7 s7 D5 z$ ~( |
22. else
    0 W. T7 U; M& c, W0 H
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
      B" c- U) F( R- L5 z, |
26. }

复制代码

4 E+ i! r4 a* O7 n, A* \

, `& v: G* s, w0 O
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html