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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2 k0 S0 i. A3 F/ ?5 f

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 G* _; @! S
' G9 \6 E, X& ]% M9 G9 a

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。

( l& o* E% W4 j" [( `

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);
   ; Z5 @; Z0 S8 U6 a. a) e
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 {. S7 X1 M) N9 B& i
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)
    ! c7 x  C! h1 j  a8 l7 j! R
11.         {
    ) [, q3 y9 v9 ]+ V7 J( l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    " w* f  i; x& U$ a
15.     int on = 1;
    " W; L; n- F# `
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    3 ]. t1 R$ ~, X, g, N2 H
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    + U+ _' V( J6 z7 A5 J! E& G& c6 z
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * i# D/ f3 C5 x7 I2 V
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    8 n  [( J1 R/ X
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    / n- h' U( v0 [
29.             return -1;
    + H3 y4 J& {1 z2 e
30.     }
    % A6 Q0 a8 S& Q/ f
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. {
   $ Q: @% J$ E# k+ a+ {0 L
4. 。。。
   
5. while(1)
   . W( l3 c& M! Q7 x; H8 K5 L% Z
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   0 H! }* v% Y0 A. ?$ a
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * {- w8 d  D8 `0 T% ]
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    1 r: E( `; @' l& ^! d1 j0 D, Z* w9 Q
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);
   ; F6 o4 O; I! r
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   8 r7 i1 }3 i8 i: ]  S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 v  g* T  p: q* n% n- H, q
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " W6 m5 @, z0 \5 q0 l2 Z, a! p1 W1 O! |- {# a
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[])
   5 l; j* O4 d; U, N; ?
4. {
   + ~, U. K3 \$ F4 E8 s. Y  k
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , A& L5 T0 U* J; C9 ?8 F6 e6 l1 z2 E
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . ^- S  ^0 K8 R6 w9 Z/ i$ I( f
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , ?: y' S1 v8 k% v
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ! ]& ?1 X* w$ B/ |3 p7 v- L) }  \
10. ...
    ; V& v. j5 F( s" {/ U* m% v3 }7 c) ^
11.     while(1)
    
12.     {
    7 V  E3 K2 ~& C/ B( F0 o
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : M8 {3 ?! x. m
14. ...
    9 h6 ?9 w7 U( F9 b, j$ m, t0 M
15.     }
    # Q' O* R( u0 Q  q+ S+ r( m7 K
16. ...
    : q' e3 ~% |( e' M' V
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;">
   ( a9 E" n/ w7 G( E9 l& Y0 T
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" \
   ( P, h( p! z, [
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" \
   , ^+ K% S1 B8 n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + h; o) l' F; d0 s! A% X! x6 c. k3 S
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; v1 O5 _% Y# v1 j2 S8 N
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    + S! P( g9 p8 z0 v8 m: H2 q
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ' R# z% P8 d- Z" i5 g6 h6 L
17.         return;
    8 a2 i2 ]3 L0 I6 T7 q/ j
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" \
   & K/ H% P  T8 v& V) R
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   3 c& m" Q# n; N
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) J7 p5 X- N% t# V9 Z
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   8 X! ~& d! t! ^" K% v1 b
8.         printf("sending frame\n");
   & A5 `' Z0 v1 s4 {" W
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; a9 y  M. E( R. [0 F
10.             break;
    / q. c& C/ O& G
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      I8 d* D/ R# O0 a
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " Q) R( `! ]* C+ h( G3 ]
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。

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)
   * P; O, F# T) R2 j2 O
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 M  n( B1 P2 L
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   - P: c! s+ D# P) w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   # U* I1 T: V+ T
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : A: u8 V0 \' l
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 _) {$ f3 L; u. b) l
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 F* i& ]) q0 ^& A. o( B. p
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

0 N2 }: L9 T# T/ \: O
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：

1. while(fend > 0)
   9 ?, }, X, d2 p* P2 C1 @5 M+ u5 x6 a
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   8 |) r" G$ X& g/ p' C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   2 ]1 a3 Y1 a  w  P
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & q7 @  U( l' [1 n) s. P* g
6. {
   4 g" \! I. J+ D; l  a  t
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * t) g- x$ u5 l" m# O, W
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    6 q! n7 p* |" {5 G5 ?( t- {1 W6 m
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    * r# `2 O7 u% \' g% C
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + s7 q  T4 \0 ?- t3 l
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    6 m& p6 X6 P2 S2 {% B: [  w
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ' X) E6 z. b* @4 u# ~
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 B) U, e/ t, R! q
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    $ j$ B9 |  h" j/ k7 O# d
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

6 g2 \8 m' X' s9 {7 H( }
8 T2 M7 W) ~5 Y7 ?% UiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html