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 }4 n* i! W2 J  C* S1 V" |

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
1 T$ i3 M+ d4 y+ t8 V
  Y# ?( @3 x. h6 T

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。

0 j* B# B# R* ], t: F! @. [/ \

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。

- f) {2 |, S. P  W+ S. [  E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. {
   1 @; R) t" N0 n( w( `2 Z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / F# B7 r1 b4 I
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   % l. j% t  n0 K. e3 f
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)
    ( t3 h( h2 k, |
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' A' E6 j( d. @; b
13.             return -1;
    
14.         }
    / k' s. E, k( A
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( |# @, n, a) L' J4 X
17.     {
    * h' @' d$ e* e8 t  g1 m
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    7 v" q# {2 H8 A( W  a7 F
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % O% `: J2 s! a. M) A$ h( b
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    * j+ p. z' P$ F3 ~2 s- V
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : J7 y7 T! s2 U/ c% Y% [! G, F6 T" s8 [0 |
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    / i* e( ^, x7 W: m4 D$ f) P
29.             return -1;
    
30.     }
    2 r- `. i# r% ^! }
31.     return 0;
    ) G7 w# e' m4 c5 o1 r$ c
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);
   # F8 W7 l6 I& b0 e* J1 Y5 a
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   9 n) f( l5 O: F
4. 。。。
   0 e. Y/ y# V, [) k5 x1 D" d0 N
5. while(1)
   ' e5 B# r5 y/ r
6. {
   5 {% Q9 D- j4 c; I. a" U
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 S3 i1 l; p: _; M3 o
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / s5 K& W  O0 q/ m# F
11. }
    3 d" R5 k# w% Q$ I3 p- \$ j
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);
   * @7 V! H' V. S+ n
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ' e! U: q: o* i0 J
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # c( k: Q9 w( D, U5 E! u7 _
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' v0 g$ {: W% Z/ x4 I
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;
   & \0 _2 D& i6 }3 \; j
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   - K% _' c3 D' c$ f2 t& T
4. {
   7 V5 a2 W" v. r
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ H5 H  B% P# Q4 Q9 s0 j2 T/ T( H9 O
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . n9 f. O6 x& K1 A
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   % k; j6 x3 i7 h7 P& q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    $ x) B+ n. K, c+ b8 f4 O- M6 J
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 {- F1 c. i/ \% \: ?$ ?+ f
15.     }
    8 R  A' Z" [2 k+ A6 }4 u$ _  X( G
16. ...
    3 I$ m2 ~: C. J
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 d" X( U6 R9 B- Q
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - b7 \4 A' ^/ X+ ~8 Y* U' h
10.             STD_HEADER \
    7 d% c9 `  ^" w% E3 g( Q
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.     {
    3 I+ D+ D. s8 C7 k9 k% H- Z7 S
16.         free(frame);
    5 \7 M) {$ @! \7 g4 {: n, }% l( _8 F+ k
17.         return;
    " G' W% }7 n) n' P. h3 n7 D
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 v8 D& y% C  K4 i  Q0 n& d2 Y( r* M
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");
   % ?2 J; o& A+ |! g! U1 x( e1 J/ B
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    - e- C& d- b& R: Q2 W% K
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 m) [9 I) c: y2 Z
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。

0 ]. G' Q6 i% p) k: @5 G* Q

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)
   6 V  G( B7 h5 B: j
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . v9 M, g" t+ Q! m9 M
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' u" p7 K. k6 D8 T
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   % e' e, P- E- v6 r6 k2 q+ ^
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! W) ~1 x  t, I6 x
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    , `; p0 V# W$ W9 a0 d
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : }+ c7 L% z0 {. G
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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6 H# p, S  {* O! h3 m
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：

% l1 g, A/ u4 W3 c
0 O% K, |' Z/ m1 y

1. while(fend > 0)
   * G+ r& J# s4 [2 ]. n6 N$ J
2. {
   ) ]9 M$ F9 e! j
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + |7 L/ R6 N2 g+ q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 x. A+ ~1 _& s; T3 S' [# S0 q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   * e0 o' h  H: _5 u, B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   * ^* h  ^  c4 L* ]
10. else
    ) M7 \3 g. n1 L
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ) s8 a! u6 r- U3 q1 S7 E
13. picture.fin = 1;
      c" I3 m* w, D  N% d- o# [
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " ~! `" W  X! x  @" V! w
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    " c# P* S! ?/ E7 ?3 f) P' A
18. {
    , @7 o& D" M; J3 u/ y6 S
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 o  _4 V# J1 }$ \' t
21. }
    
22. else
    
23. {
    ! Z) A! ~) K. s6 y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 c* Z' }7 O. R. x; o/ E3 E
25. }
    
26. }

复制代码

- ~, s+ k& f3 H2 T* Q3 H
6 |1 x7 ^8 Q% z5 n  `

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