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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1 r' b% I0 N: X7 j9 x+ g' I

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。

4 ^3 p/ t- E/ w3 `, P: ^! X

& U! @5 I# [& a- a

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。

  
  3 \/ \6 P& A; G  b

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
2 D: B% Q: r! Q" {$ t0 Z4 c

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 q- @) S3 w( p% P
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + v6 c! K% W  A. M3 t2 h: T
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   2 ?8 s9 o+ G+ {0 F
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)
    . X  x2 J: {/ h' H; Z
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # l- ]# q0 R0 x! C. ?
17.     {
    0 O2 V4 |3 e: }
18.         printf("setsockopt error\n");
    ! S! W7 z0 h3 ~  u
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - _5 I8 l& ^, T& R# s
21.     if(ret == -1)
    * d; p  t. S6 U/ Y. Z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    7 [# U- \8 b1 V, G: [
24.             return -1;
      W: W. D1 z' @% K9 G. y7 p$ _  @
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # U( p3 @/ J: @! H+ U- X
29.             return -1;
    3 K, G6 J0 X. {+ }. H$ w2 f
30.     }
    
31.     return 0;
    ; p8 D# u. I& q+ S$ M0 j
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);
     S( _6 `" u* Y% }
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   0 K/ D' k. l4 X
4. 。。。
   ) l+ Y" y# E+ P' A9 V- d
5. while(1)
   - E$ B0 s+ F4 B8 b# H( a
6. {
   6 [  Z5 u& |6 J  L
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   , F0 ?, X9 D9 H6 `2 Q) y2 I# \
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , G0 Z4 `+ G  I9 @1 P. [, b  ^
11. }
    
12. 。。。
    # o( ~1 C5 \8 }6 A! K- V
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);
   & x9 Z! D- o  O- q: l
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! |# k9 r' z( _/ ?$ ~
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 V+ m( A* k) O# @; a4 [% O9 H
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
     c; l+ U9 i; T5 A0 h
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     z2 Z4 \" v& N
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;
   - y3 {3 X( g+ T+ `; c# H" O# s
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   4 X! }- W8 t# A- b; l$ \( a- \
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ! l; R6 d% q7 d& k# c
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 v: l( T5 f6 B! j
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    , o. z* s- \' ~: W, R
15.     }
    
16. ...
    9 c6 I1 s' L% o- }1 }- M7 O1 R
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" \
   ' D: G) a; v( F; E7 G# s
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   2 d& c$ e" x9 P& L  Z
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" \
   ( Q- _' ^# Q3 A1 o0 j
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   $ _6 B7 J$ F, n* {8 N/ Q: E
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & V8 z, {" J* o" |  D+ Z" V
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , e3 ]% {, Y- S. O# e1 R
12.             "\r\n" \
    % l& Q- _2 T$ H& i
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 v" c7 t9 C! g
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    , q( l5 U9 E# k8 \" z' m3 D
16.         free(frame);
    * \0 P. [2 M7 t* |  b. M# Q
17.         return;
    8 G' _2 @; I' @5 H" f- G: T" A4 f$ Y
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" \
   ( g% O2 f$ a# b7 N
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   / q+ B- A& o  J- f" R% I4 V! R4 r
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & F3 P6 V+ h7 x0 H$ l
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   4 P% M% t- ?* L  M' G
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * e# ~; l9 ~/ l0 T# V
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    % Y3 `2 {/ J* `/ M3 g$ u* K' J
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . E+ @& {9 w; s* {9 e+ X) `8 Y
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , X! u/ r3 S1 k0 ]# ^# W9 Q1 k
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。

  \/ J1 d8 G/ D: q4 D8 v9 j7 @

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. {
   % d! W, j, u: ~. L
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 g6 u; f" ?2 M0 n; S- J
4.     if(*socket_found == (~0))
   / @7 T. ?1 ~6 Q$ c9 n9 h
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 }( h$ p, M8 @2 G" R1 D
7.         return -1;
   
8.     }
   4 ^& C. u1 I7 u
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   $ S9 Y  T! d& m! V) @0 k3 W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) [5 c& \+ s7 [" ]8 B2 y6 ]9 k* |
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    . E! l! {1 p& l3 F8 J5 F
13.     return 0;
    
14. }

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' U' e* i' T$ n' P1 |4 P5 y
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：


7 S/ G& Y! F* V" k" W9 s

1. while(fend > 0)
   ! v1 D- U) n. |* D6 g: E: l
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 L8 s# z1 M1 q5 Z. u
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ) a1 E$ L% m; b+ \8 ?% I3 l
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   8 p/ l, c% ~; ?
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    7 D1 Y* N: |; z+ w0 [$ P' C0 w
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    / z  R$ A! ?/ F& d+ a6 ]' s) s9 j
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + Q% S: M  @2 [$ c1 t& p4 h  P+ M
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
      ], p, O$ V3 I
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : x3 X8 d9 j* c+ g
20. return -1;
    7 _, [; _: ?6 x  c0 A
21. }
    1 G) p; P  e0 L" D) m
22. else
    % O: r9 ?) c, B  Y
23. {
    % {3 ?- ?; |0 l* f5 K! E3 y6 B4 u
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    5 ~- y8 m& c8 D1 v3 L; }, \# b2 L, s( }
25. }
    ' L( l0 H6 q, o9 j3 I, Y* ~
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html