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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- z0 O3 j! ?/ `6 [. y/ 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

( l5 Q! N6 Q4 S+ P3 V0 q

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。

( T( U- k* `% v( d1 |$ O/ l

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。

  
  2 J/ N: C2 Q$ A# N: Z$ p( 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。

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)
   # |0 t# C5 I+ s3 X- H  G# z' p/ F
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   / Z* P7 l$ j% C) l4 g& z8 o
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   # Q% A  c. O" c3 J4 U, d
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 R# i- b  F1 a" e0 R/ z
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : d# G- H& R1 e% Q: r( l) M
11.         {
    ' p  l, ]$ F! i$ ~
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    + ]( _: s, ~) b' Y4 \9 A9 u
13.             return -1;
    % m5 S( }1 H: l7 Q8 ~: e  q8 {* R! o1 z
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 m# G$ H# p$ n, g& X
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    # @) V3 F/ A% _9 {" [. b
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    - L. @+ ?( {/ C0 _8 t2 p( O
24.             return -1;
    
25.     }
    & i1 t% x2 ]# P. s* y4 ]
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    " @% D1 d+ q: P7 M2 f
31.     return 0;
    5 Q# l4 [  v: P1 E/ e! @6 v
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 k3 D, n& z$ ~0 A. g! D
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % Y/ h+ h0 `) V
3. {
   2 e" ]- }( D" w3 `6 o
4. 。。。
   0 e/ @2 J( x; C  B
5. while(1)
   
6. {
   # h% _6 L+ l" m4 P4 W, u2 U
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & Z( d3 D+ L4 U. \
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & u6 T! V9 y8 Y! {  ?: ]. v' p
9.     。。。
   / I+ u$ w- R8 u1 ~( |0 E7 E4 p
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * a5 z: I0 X/ @# S, I
11. }
    ) R- m! Y1 T2 b
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 k0 r0 f4 E, S2 H0 u" @0 {* D* ^
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 ~' @1 Z6 _8 a$ ?
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # ?4 ?7 }2 G) K% T& D
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;
     N4 Q5 z7 `) j4 A) |
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ! D9 ^4 B( q( l3 B8 S: u
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   9 B- p3 K" ]) b+ l1 Q7 C; Z
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    % n2 o! O2 b+ U$ b: P
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    4 p8 [2 J! N( h4 x/ z2 y/ I
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" \
   ) Z" M. G" o( @( X0 |
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . W4 O( l1 h& T. b
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ' c& q! p* O! i$ {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   + F3 e' ?4 G) C& S6 `5 Q4 G& L# C
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / S1 u- ~9 b8 N: ~& r
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    - t8 T& \- R$ s7 l
16.         free(frame);
    
17.         return;
    " c6 [% m: _. Q) ~/ w
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" \
   : G( r7 Z2 b0 b
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;
   7 B4 V, ^3 H7 }$ c# \
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 Z8 N! o: N* L
10.             break;
    - J: k# I7 C+ `* D
11.         printf("sending boundary\n");
    . g: b- X4 s: L+ f
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' _* \- N% Z7 O, [' h
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。

" N0 G1 V; c9 k3 R5 v; ~" ]* F+ l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)
   : ~" P+ k. {3 ?
2. {
   + u" C7 _# C, R  R' W0 f: s$ P1 ?% h
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : \6 @8 [, ?1 U5 L" x
7.         return -1;
   $ ~* ~5 Z+ S; `5 h9 a
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    # U( k' P) }% V! k) F
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
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：
0 u  X. T3 h' d5 ?7 @2 J% Q0 N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   1 s* |8 n: `9 }& Z8 W0 `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ z8 [: [: U- L
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / E# I  P4 r1 V6 _6 D
8. picture.fin = 0;
   0 l% {" k- Q# H
9. }
   : s9 D9 t1 }. D, [: f
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    * C1 _7 I+ q) h9 ?0 v$ F
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! w1 U4 D1 I; U1 S
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    0 p% R( Z& c9 T. v7 Q" r5 T
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    & W5 n2 E+ i* [) W& z
21. }
    / B' P) X1 r. y, f
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 {0 A2 C( _. w4 q# p* I
25. }
    
26. }

复制代码

! [0 I8 u- A1 p' `5 w/ k

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