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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! H+ s9 o7 z5 v% P4 \- U

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 G. X2 u# y  U* f6 N' 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。

4 n. O! J) q# K( @' ~. M5 P6 S

4 _2 @, g" A! @  V- G

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
, w( q4 ?0 _9 |

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. {
   " D  R0 d1 m6 _9 l# z5 ~% P/ m- t
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 U& o8 T1 {$ S
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " ^2 M9 E/ C- L. p6 k9 J  R
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # H7 ^' D! n2 z% K" ~$ M
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)
    4 t# S( ]. ~2 F( k0 X: S# w
11.         {
    * h! ], {( i" e9 a) [, L/ k* m, W, X
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * w2 k* d  z& e2 Q& l
13.             return -1;
    ' z0 R: l( I% M5 K. z
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - g& b( w- y3 m7 `
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . f: e/ E- X  H8 h% a
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    9 [" J( ?) O1 v' P9 J1 N' T8 ^
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ( p" I! h6 \' @# j7 h& s
21.     if(ret == -1)
    $ I$ P* F+ l( A$ l
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    6 l9 W% p# M* ]  y* [; k+ X7 q
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    # w1 N/ ]+ Q! \5 Z, R5 Y: O) s) Y
27.     {
    6 c) B1 v. A0 k" o+ F3 A$ T
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ A2 p) c" O, r  u' ^
29.             return -1;
    ' K& t. c5 O0 g! X+ T
30.     }
    
31.     return 0;
    + W5 D- P& W! z. I& ^
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);
   / f+ i0 f0 [5 v; n# _% a
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ! k3 g) q! r" m. c& M3 q) |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . U: G6 ]' X- g2 P
11. }
    
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);
   " \4 C* J/ R* J  t% ~0 z" B' t4 B
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   7 v/ I' p# X7 `
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 o, S- X2 Y' u7 d  w  v
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - c2 t6 i0 K! S" G
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   7 ?0 I: N# \: i" r
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 b- }% P5 G- @8 b+ a9 O- S, C  M
2. pthread_cond_t pct;
   8 H, Q- K9 {  W5 f3 f! A4 ^* x
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ! G8 _( n6 `( l8 g( U
5. ...
   " M3 f/ f8 ^& I6 Q: _& b
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & x" n+ i  l2 G/ n5 W
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 d& U; i$ J8 N0 Y
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    8 Z5 A8 Y8 V, M0 Q
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : g9 }9 I6 {7 a
14. ...
    
15.     }
    * z) Q& q( ]5 w; m/ O3 @
16. ...
    8 j' K. {8 ]  v% f/ _% U6 _* M6 h6 d
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" \
   8 X% p3 k; C" A! \( K; ?% o$ s
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" \
   & x. L: D. A* a8 D% r* ~$ n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : l+ x' J7 p5 m' t; h( A: |
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * i5 i) L% D: p: Y9 C& f7 d- l
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   # V+ y& @7 \: G; x7 D; n# y, {  S
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / U* X0 b8 i7 r3 k/ a1 t# A% w
12.             "\r\n" \
    : ~# Q) @4 \$ p0 X0 U0 m. I
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . A7 A& V& e/ }* R
15.     {
    
16.         free(frame);
    * |/ d9 }  _- ?6 q* |, z' Y
17.         return;
    ! X) {4 c% x& Y0 ], B
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" \
   : o5 _* ^/ J! k1 n
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");
   . f: [. ]# |7 Z, p% \, r, e. x) W
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 E9 L' w4 p! X6 |
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    / _0 x- \% R2 P% y8 G
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , p, h2 y, o7 d- d, l
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。

9 P9 J( A+ Q' z* W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. {
   . v6 I- J' S$ a) B. e7 G
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   , U. U5 D0 J! f+ [( f5 F
4.     if(*socket_found == (~0))
   % o% \1 y; U9 x, L  u% J+ O/ g
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   3 I: u  y/ J3 ~+ k
8.     }
   + f$ X) U* y( X# g: [
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * P$ ]6 I- m- y9 O/ n; Z1 o( R
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 [# k" C" f* e2 @4 X5 ]7 U5 z
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % t6 t1 Z* V0 `! R' W
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 f4 Y; e5 \- _. Q3 t& B1 M# W1 p
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：

. U' }/ O6 v8 S7 C, }5 t

1. while(fend > 0)
   ( Y( o" V: u# ^- `/ w  A, R
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / }$ Q8 {4 |" @4 K, f$ E1 i% C4 l
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   - V' C+ q* y1 ?
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / i# [2 p' E. w6 Y* c& q
8. picture.fin = 0;
   3 S- K2 e, g! Z( \! Y+ I
9. }
   8 }) E7 n  i6 n1 y3 C
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
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);
    ) T, W* ~  B$ j) ~( Y1 i
17. if(sendbytes == -1)
    . ?! D: [3 l  ?+ y0 `
18. {
    4 ^# |$ r- v7 A
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 J* g& `# `$ |; \) c: E/ X" |  }  `
21. }
    / I+ Y& K3 {3 T
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

! I$ v5 p/ `7 e" j6 t( G! s' n

/ Y; g/ G) b: C  \2 ?: XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html