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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  @4 }4 \" x5 G. [
7 w, a& Z, }: g) P7 b; h

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。

, s* N% K! c$ k% P! h! w

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。

  
  6 X# x$ T, F5 [0 q; _# d! o& I

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。

3 h" f' p# b& A+ M, e7 [* Z一、HTTP网页服务器
9 O+ p' V+ C$ h) t

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. {
   , [4 O; g3 {0 Y2 [
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # x  d! P4 R# _2 d& |/ `  ]$ s- K
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 |: i) m7 C- Y5 R. x8 H( R- I
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)
    
11.         {
    8 W- M/ ^5 g$ |: R. z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) C5 t% a( S8 a$ i
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    + r% L" [" ?' O/ k8 C8 o
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    - u: g% K" z* R
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    : L+ \1 h1 u9 h& z9 J9 M" h3 C
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ( K: M* G  v/ b$ h
22.     {
      U! D, S  K3 g  I
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & M! `" H% S4 n+ }
24.             return -1;
    
25.     }
    6 z! q: L) t- @6 B
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    5 ?9 M5 F2 \1 s" ?
28.             printf("Listen failed!\n");
    ; p5 @% a; ]) p% Q9 c
29.             return -1;
    
30.     }
    1 U! {8 g' a; S" {
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);
   ! @! ~0 c& s' b1 o; |# c
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   2 G/ i' Y- I" b, j+ k' R! J# C
3. {
   & C' p+ p/ ~  z# ^! h7 R2 Z
4. 。。。
   ! X3 u7 z% |' M9 e/ Y0 e4 ]
5. while(1)
   
6. {
   9 p: h( P: D* _/ m- e# G2 O# W
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 v( ?% L! I9 c' h0 n0 S6 H$ A
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    9 p2 o! P- D" C# d8 c
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);
   1 W3 D; ~# t5 T4 J+ h
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   & t7 X5 F/ Z3 O" d2 T9 @4 M- }
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % M1 _. Q6 u8 t8 Y; `* O% \- B; F
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;
     {' W  o2 M" q6 o( I; m4 s/ ~% f
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " o* K$ \2 C3 ^" n) t+ K0 O
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   # ]0 c' w$ ]: Z+ t* c6 P; V
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);
   
10. ...
    , U# A- U8 ]6 z9 u
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 X. t7 S/ E- b! h
14. ...
    % }$ k- @( X- E% ^. g# T' ^) G
15.     }
    9 @, L% T9 C6 @8 I3 c
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;">
   % p, ^) g. m7 d5 F8 ]& |
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 v% S+ d  S4 _6 \5 M% r
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" \
   & j! f; P* k6 L
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   + D! ?" _9 K2 n7 _  z9 k
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   + G. Q9 s" ]& v# D1 P* R* F
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    2 k; \. r: U6 [+ x: ?
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : t% u, M' D: Z7 I& z3 z6 O2 c# D
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   # t3 @9 U+ U% k* L  D$ t9 ~
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     `& I& [( [9 A: m# r
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;
   ' n) z0 c# M: r& a& x. a
8.         printf("sending frame\n");
   ( i" y. I) o- r; U1 n  L
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # A6 j1 {! }5 J* C7 x$ W! @1 h. F
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ s+ H8 T: \6 u; F
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。

# U1 Y1 e' W" o+ `6 \: H二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
0 h# t3 u5 Y8 n* c% P

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   # I4 ]/ m5 ?6 ?) ]. T8 z
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   # m2 e: R) |! t: L' N
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 q% G4 w+ W* K% k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 y+ ^5 _1 {7 H' d7 P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 H3 w# y( p* b
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    # u/ _- l4 H5 [: G
13.     return 0;
    3 b  h) E% d; f, c8 M3 B! y
14. }

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% n) ?- m' t$ A) p- S9 ~- z
" |- w2 L! _* k; x5 b6 `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：


/ T7 c" n. d7 W8 ]

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! h  z7 u$ d$ G; e$ y9 K* m& _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; p# M! R9 n/ y3 b& p! L! T9 p
6. {
   6 k$ h+ k- t0 {; c* I# j, K/ a
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   8 e& W2 X6 z/ [! O8 j% Q! U/ ^4 f
8. picture.fin = 0;
   3 H2 R- V' ^0 [% {! x9 E
9. }
   # N0 L, w* u; W" ~2 G8 I
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    5 D1 U3 p6 h4 o1 A6 h  ?
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ( W  t: R  Y$ Q1 `+ H
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ! o# l* H  n1 P& k7 A9 Y  J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 y# \' h/ w1 u% i; w" S
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    + r  B( w; U0 w, p0 h7 B
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 j) [' f8 ]1 \9 f
25. }
    
26. }

复制代码

( @2 L+ |! V8 l

9 S3 Q, y$ @3 diMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html