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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5 x' j- B% F  F. o5 a3 k' H" n6 K

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) H- Z+ ?# Q% @# P5 a1 I- S6 ^
/ d/ M) u1 W; J) N( |1 M0 r% ~

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)
   9 q- q) g5 T( A) s. N
2. {
   6 a% R- a+ b/ _5 Q" ?
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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)
    8 W# V7 N; k& j% d8 A) Y9 d! `
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    5 {* i% W: A% D) W3 J
13.             return -1;
    
14.         }
    + a+ m5 G- @# I) c4 \8 o; P
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    - @0 D  a0 B' \' J0 u
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . F* j; S" K0 z) K5 N% N& q% T* T
21.     if(ret == -1)
    ) A1 m3 b: a) [
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ; d' m# T# Q* T0 E3 w: a
24.             return -1;
    4 Y+ r- f( A7 M: W$ N: ~
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - @6 R/ T! |, K& h% ^
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    , R( |6 j4 N9 F  Z7 d3 ^# |
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    , y3 {% C" ?; N8 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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + w/ i8 ]5 z2 y# `( v7 ?* h
3. {
   : |, t. d1 f: x1 U5 z. c
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   $ K# @6 E& p/ N) F  g) b
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & ?4 b+ D" _6 h+ p
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ) M% A- Y' s, g
11. }
    
12. 。。。
    ' b2 @* B( y# q
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);
   / a0 A" u( U3 ^' G2 b% _: c' I' r6 C" w6 A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ; }/ A% {# Z6 `
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) i8 K! V: \( L
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   / @6 L" c* ~, o6 I# J% b" 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[])
   , C1 C! f7 I/ i$ d+ d5 R
4. {
   
5. ...
   9 q) v$ s6 Z8 ^5 N2 `/ [7 ]1 Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . m' @9 _# i! X& c  a0 _: N- v: g/ n
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / ~- V6 K. s+ A# H
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    6 a! W4 ]: f7 \7 b8 _( G% F
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    , D# o. R0 m" m; S/ 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;">
   ) Y$ h3 H7 u. S7 a& a3 |$ `
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" \
   4 U$ W# N# B( a7 u' h- M
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" \
   4 `+ O1 G0 F) V/ I
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) x$ T- N/ Q% M* A# y- [
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - T7 l, _$ `" K$ i+ x6 M
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; @6 |8 l) E3 |
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - V# _- G8 q; S7 z8 U
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . P9 g$ X6 g3 I2 U9 [) a. z
15.     {
    
16.         free(frame);
    8 a2 w8 o# n8 v* {# }
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   % U7 J9 k3 D& n2 B
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");
   4 ]: x: E1 Q* `8 e. ~
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ' Q6 ]4 @# H, G& V" D0 o. k' f* u7 e
8.         printf("sending frame\n");
   6 f2 x& J0 i, }/ P  o% H
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 L- T$ a( C3 b
10.             break;
    ( |# `( n! _6 f# `: Z/ M
11.         printf("sending boundary\n");
    + U) E" E0 l( z% `" ~" S8 ?2 ?. Z6 F
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : ]1 \$ B0 Y* E8 S* j4 d$ M2 f! v
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：
/ C9 n+ `' K# o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   2 g" p7 g! P. n
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   9 Q! K3 c: b1 B/ b9 |5 T
4.     if(*socket_found == (~0))
   + ^+ d2 h" E3 K( W" @4 }
5.     {
     J* A. E! v0 t6 C
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ) l$ Y, V' {; w, r; q/ d
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + Z  U! B: P6 _2 i
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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' h( I0 G7 J9 @' d4 z
4 Y7 A/ \- A- c2 Y8 k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：
; n! D& E% I' F8 E; i, e' T$ t2 y; k
/ J* {2 C( m" E% c
! p3 o0 H8 M5 J6 i% x

1. while(fend > 0)
   
2. {
   0 h, b+ j6 P. `2 q1 z, R
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   9 }1 B! ?" C9 c
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 ?' ], M( e! }2 x9 W( f3 p
6. {
   $ i% t( V. N5 i& ~
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . V% r6 W4 d7 D
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   1 J! d% w! p$ S' \# \+ R% a
10. else
    
11. {
    ( J; R6 R2 F' S1 z
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 e6 ]7 x) b& T* k8 Z+ f
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - E/ |% o* ^3 s
20. return -1;
    , I4 c/ t5 @. X
21. }
    
22. else
    1 [" z# g" y/ V7 ~+ F
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 ^+ ?1 I: e0 a# p6 D9 A! \: P/ G
25. }
    ' ]$ ]6 q: {- ~' ~1 S
26. }

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0 C! T6 j! `  G+ P: F6 FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html