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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9 S) q7 y9 D8 p0 C3 @
- g% D: G0 [$ W4 ~% l4 R

" U. A# i; T: N. 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

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。

  
  

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 X0 v' i. g" u7 G1 O) M2 I8 t
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " b! \+ s+ x2 S1 _) v8 U8 T
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   + ]4 K0 W* G% n3 Q. T, T4 d
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ) H% @9 r0 x2 o# a2 G
9.     int ret;
   5 U4 b+ _& z' v( N1 C# n) u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    & @1 W3 \' ~2 T4 V! x: G1 q
11.         {
    6 W3 o5 ^) k+ P( Z- @1 l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . y0 L0 M, H3 }  I7 k5 O4 g. p
13.             return -1;
    % M. i- r  \/ G8 ]! z; m
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' Y* [9 O' q& ?6 g0 Q5 W6 Y. u/ D
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " K+ [& o# Y. g
21.     if(ret == -1)
    % X3 z; R/ ?& z- G$ e  u
22.     {
    1 L8 y/ G6 h8 h& |' e$ c0 v
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 R3 v, G7 B) ~2 K" w4 Z( e7 @
24.             return -1;
    
25.     }
    + u: h- C( w5 h" [& k3 d+ ?
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 n/ l  Y0 d1 x# k0 L4 S, P" B
29.             return -1;
    
30.     }
    7 C6 Y" H0 E5 V
31.     return 0;
    ) A) F1 Y. a, B) R2 Q7 w, |
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)
   - o( a5 n7 y: ^% O4 F2 b
3. {
   
4. 。。。
   ; t% [( Y' B; X) X
5. while(1)
     j4 ^' b  h5 p7 Q* c7 \8 d2 W* x
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   % J0 \+ H3 D! n; c. v5 c
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & y3 i, O& S$ R0 x6 U/ t7 C
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    3 o$ q: L8 E" g; L9 T/ e. V& R5 e
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   , k0 ~4 T5 b, @( W+ t: Y4 V
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   : E$ r& Y- R7 h( ~1 j* O# P  j+ y
2. pthread_cond_t pct;
   0 c6 c9 G: F  L" U
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   $ X8 L  U" J2 [4 m
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & J1 K3 S' ~, s7 K2 K9 `# F
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   + E2 F0 T6 b: u9 i8 x4 s
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    1 o9 g/ L5 Z* l
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    , E. O; g3 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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   2 g/ h4 P# D$ h4 C, \9 \) a$ g
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" \
   ' y4 J- e. w- m8 ?1 \
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   3 Y0 W8 A* V! `2 ?+ u! b
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & P! [, }% O- o; c" A% ?
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   : |* V( m: P/ k; J% q
7.     printf("preparing header\n");
   7 f; I1 L  h: x% W; R( F# m$ J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   . c3 d5 q2 f& S; ?* {( X
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ( Z  e7 o. v! G  S7 B  z
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    8 L- g4 s  v7 Y, \5 c" `. R9 m
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . v% [6 o" r$ `
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 f: @. m9 }+ ~( V$ F. {$ {+ P
15.     {
    . g5 @0 A% |& F- C- Q
16.         free(frame);
    5 E: A/ I. \* z$ c' Z0 y7 {& D
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" \
   * f/ s& G3 {3 {6 R$ M/ j5 |7 k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   % M( ?% u6 M' b# ~% Y. V. b
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( H/ G4 ^; p/ D* t' S
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   8 F! G. Z3 Y7 b# _$ h7 g
8.         printf("sending frame\n");
   ! l  n! c/ r; }3 y, ]. @! G
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ) P& x" L0 Y, T9 @2 _
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 H: b+ @/ L5 F, t, \# P7 d
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 @" S8 h' I% e
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。

: M- G9 J) W0 z) S4 _" H2 A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)
   ; R: n, X1 q7 F% S3 L$ f
2. {
   % j3 p. j" g: `( C- C. ~
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   . n# v7 j2 A4 @' T8 ]8 L" |
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . k6 R- s2 U5 r4 m
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 G. y9 W! i8 z! q$ J
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , V- H% P9 `% Y( w
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：

6 o; N! h4 a7 [: e9 A4 e
, L7 T/ X2 s' c. f3 H

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 p2 k, T3 x! y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     `2 R; K; ~4 p+ A
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    - H% [: V: S0 ]" J6 C0 o$ u
11. {
    , O3 X0 N5 U* v0 n$ @
12. picture.length = fend;
    2 |$ H* J7 u- W' S6 U* u7 J' R
13. picture.fin = 1;
    " C/ O5 c/ E1 V# P3 m
14. }
    0 t. y, q1 G  a( n$ U/ T. @0 Q' i
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * [. z9 T) o  n! d" e/ s; b$ u
17. if(sendbytes == -1)
    , h" M! @9 Q* d. U. k/ [$ N
18. {
    9 W& p8 F9 t  \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    " v& F* o" o, k; P4 \
21. }
    
22. else
    4 }7 f7 g1 S- m# p) ~  U2 z
23. {
    ; X4 z  k8 R  Q9 y* Q' J
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    9 [0 n) S. e% U: w: r" h" k
26. }

复制代码

) W3 |. s  r# A) f; _- c8 A

, C8 E: d  B3 |  x1 w0 ?& r( siMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html