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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* n/ Y5 }( G0 J! p5 Q, t

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
3 p" ^6 O9 U" T* z, I  M
, Y: c* k' ~# ?2 K

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。

* m( W' i$ B* G  s

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " G- Y5 V! A0 ~8 p
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 [+ w9 r1 X) b! k2 [  ~3 p) \
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 _+ \+ [1 M: D& ^9 T6 U( q% z
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 g# s! h2 D% |$ n  ?2 x
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    : [% f  G5 I, N# u: M4 Y
14.         }
    8 w& u0 @/ y! h- z5 ]+ l. v
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 o# D/ m1 [  n2 B. g, q
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ' A) T+ {% o% [& ~( U
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      M! q. O& j9 z, P9 n
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! i4 e- o# K: W/ N; G% a; U
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . w% J% r& I) S7 `
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 O/ T$ L, _; i+ S, A; N
29.             return -1;
      a0 T1 Z' }6 e- m
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);
   " \5 u+ s3 b. g5 k3 {& t9 h6 q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ! m# P1 t$ Z! ]0 C
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    " c! L0 t: C, q! D
12. 。。。
    / F: l" s' O) e+ G8 v$ W
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   9 h% \' j" r2 o/ S- z+ O
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : A2 e0 }" w9 @& f3 ~
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;
   ( h0 p% K+ `2 H6 c! ~( h, A
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   2 ?& f" `; c2 z! t  ^
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) r+ x" m) \% h0 I! |9 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);
     d- O& D7 ^9 h
10. ...
    ( }2 I3 ]7 Y4 {! L# O" v: p
11.     while(1)
    + o6 q0 i& |  o. e  B
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ) L6 L  @. Q6 S! `* |
16. ...
    # J; a7 V4 B- I4 ^4 O8 M* X. k4 L' U
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;">
   ( Z3 \- C( _% o' E2 O9 b& o. _" Z; ?0 S
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" \
   & e9 x: x" w( s" K: B. ?
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( U9 d5 `: A8 y( k# \8 b3 V* _; p
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) @8 i/ D" y( `4 S, [0 n3 g
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ) a1 R* |4 m  X5 |  o2 v! y/ y
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   4 [9 G3 ^. L: G! P7 W  E+ F2 ?" N
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   * g1 m% e2 r, u6 \
10.             STD_HEADER \
    + \' o7 c( a* d1 j) c" o
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    / R9 f! I- e/ f8 J
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    : m# \+ |1 _6 [/ i( N
17.         return;
    2 N- b6 T2 T" }) @! s/ 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" \
   ; A7 s* X3 V) a+ P( q( C1 E6 i
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 j- S* `9 d( ~4 J8 }0 i
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + K0 }; E4 M3 o: u$ ?8 f% C' b
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   4 I6 e, l( V5 G5 T) l6 Z3 F
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / r$ ~9 X; v6 J, u) c. y
10.             break;
    - Y: f4 T- Y! a2 ?
11.         printf("sending boundary\n");
    - n6 b9 @4 L7 d" W* x" f9 w0 v  N$ E
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 ^1 |$ K$ ~+ V( X7 t' i, u; 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。

9 @6 H$ b* D: U  I0 n* e+ x二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
2 N; E& ^. D8 m) d

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))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   6 g2 h- T# n1 r+ J5 [& h8 O
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 f& j4 }" ]; w% Q5 x6 n
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ e3 o% p+ [9 X' E9 r, E; T3 e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ! M( e2 @6 g7 R. t/ Z6 e. Q
14. }

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) D2 t, b  }. N/ @
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：
% e" R8 E, b* g6 O  `
+ @/ E/ J- `# {
4 {# ^# P1 I+ _

1. while(fend > 0)
   
2. {
   9 Q1 w+ Q& |; t: [/ n- ?
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   3 c% [0 n1 p5 ^0 ~
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ' x# T# D" ]" H0 M& H  f
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   8 v% e( _# g6 @- V& O: k" z
9. }
   
10. else
    ) T# A. ~: Q  R
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
      Z- ^/ ~; W5 m
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # S$ ]/ H8 T/ K9 i! T! E9 [
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    8 L2 x9 `4 l! H" [' m& R
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - T, v' c! `1 b3 O+ o( o
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    # l+ T) \; T- i# n
26. }

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- H/ b! f. x1 l1 D; Y

0 r4 z" P8 y; @* Y4 I4 riMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html