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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% x5 R/ G& Z2 O! q* E& o- L) n
* x! h6 A7 Y& d2 k  U* o

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
2 }! l  m5 l( N

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。

7 m, w( y4 k+ Y! E

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
' w2 g  j4 y" v) j6 B

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. {
   * r3 H, q( t; ]0 k% ^
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 @; b+ |5 w" h' T* q& `
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     o2 F) j4 O. c! D0 M& J/ h
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 W3 d# I5 P; |# ^$ N# S
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' ^/ ?- d, D/ A# ^, i0 ?
9.     int ret;
   + m' C( b; w5 d& P8 K1 G9 }% G
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 U$ H# i: L/ }5 z
13.             return -1;
    
14.         }
    - G: x' w1 U8 L( V
15.     int on = 1;
    % |' w9 F& z8 A# s
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    5 T3 ^# k+ L* ?, A$ V# b- F* Q4 }
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 C  H2 J' P7 e. |* Y# y2 _) C
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & ]6 q0 I+ _; _% |: i. i/ e
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    0 \$ P. m" S8 X+ e. H+ a9 U) {+ `8 Y
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    " W5 h/ g2 ]  N, o
28.             printf("Listen failed!\n");
    6 R+ S, l! \: x$ p5 w8 e6 q* d
29.             return -1;
    , y( B& \$ ^8 s9 ]( h! c3 T
30.     }
    
31.     return 0;
    
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)
   
3. {
   $ y4 Z+ v5 U0 u
4. 。。。
   1 e3 Z9 y% r6 [9 X0 O3 a* R$ E
5. while(1)
   
6. {
     e) _+ r, _3 `; D& Z7 E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ( \' ~% t3 \4 }! w
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / E, R) D& `$ t( f% O% H
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    # `( |" C" g' X4 e
12. 。。。
    $ \( I! a+ d2 _
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);
   # Q" f) b8 w+ s5 z
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . T& b, {  r$ t: h
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   & o% w& A& B' ~% I! `7 p$ z( B
4. {
   , |- t( W+ a% v7 k% _2 W
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ' b1 U, R9 \5 w5 W+ R  a
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' O9 v$ F. @+ T# v, ]  I0 F
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);
   8 @; g6 d0 B4 v$ n0 \; J7 p$ ]0 y
10. ...
    , P2 z7 c4 T6 L; s
11.     while(1)
    " L, W+ v9 d; P1 J# [, f
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 X# y, u0 T2 C9 \% E/ ^2 C/ {( }
15.     }
    
16. ...
    & }* C4 g) a7 c1 Q9 M
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;">
   8 @3 V: I. _( C
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 m+ w8 P% s5 i  w7 v  r
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : a& R/ O% t3 m% @; r* y; f3 T
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ) ?! [! x* `+ B: Y2 v3 p
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 l8 l/ d; a: @  h5 x* q, w
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   7 N( m1 W. E8 B4 j% I: Z2 u
10.             STD_HEADER \
    8 x# `% n, v' i9 x& t" q" p
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # q" o; @$ Q* w- X$ y7 g
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & ?$ e8 d2 j9 K4 P% T1 L
15.     {
    : U) R6 b2 Y/ m& S6 c. g% F0 y  o" `
16.         free(frame);
    7 E1 d4 m  p  T0 s) ?
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" \
   
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   8 Q% ^/ y3 @$ q
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

& Y& F8 S0 I9 h+ H  l( j9 r8 q2 h3 \

3 I: f# W1 Z& C/ I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)
   ! ~7 l4 R3 {* J% D8 s; B( D
2. {
   ; Z" {, t# B+ r7 L7 b9 {
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - o, ^' T' w9 ?: C
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / o0 @9 E! L+ K1 m: \% `. h, \2 i
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    * x& \/ \" p4 L  i
14. }

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+ b9 u) x) ?( M3 X; X
) ?3 b% O8 }% a+ V% g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：
% D8 S- e0 y! H0 q8 e
+ }4 C2 ?& @" `2 Z  `

1. while(fend > 0)
   6 S" o# D& I. M) e/ h8 ?$ x
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   8 W1 V' U# y! v0 a) k
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 F) g! L6 c0 v' M$ U  W) L
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   4 \+ m# `4 |! n/ P2 s3 Q" b7 P
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ' A# Q! l2 i5 u6 x. x3 S0 l( n
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");
    ' s) d% |+ g) x3 k9 e5 T9 M
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    0 r' A5 \4 ]" Q6 Y# N
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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3 B, o" ~$ F) S. P

4 P3 g6 o1 T  D' U# d% y) E2 C
/ N" B& Z7 a2 J, t5 x. e& o- f/ ]iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html