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 P$ Q0 P* Q, e" ^! U& D! b) `

8 m" H3 B7 @: R

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
' O4 E( `" R+ V/ C' M2 i) T
% A, w( }9 i# J

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。

, F" y3 m; b; i" Q- |

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。

9 G% m: a% G4 {+ U  I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;
   , \1 h* l6 q9 y/ R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   3 \$ N) z/ G0 [5 v2 O# T
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 Q" x1 H7 G5 m
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 O6 O! |1 a8 M& ?- K
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 u4 g1 S3 e' b3 Y* k! L
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    " f" o2 u, {# {. s# B
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ j$ A. e9 U, {3 q2 X4 F4 U4 O
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    . k3 L; k; h4 q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) U/ L1 T& [4 @& n" r3 X' w$ v
24.             return -1;
    4 q) W! F2 X5 b3 P, c  {
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; d5 M+ k0 ?! _6 `  W
27.     {
    6 n* R: D8 @  a
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    0 |7 E7 B0 ?9 V  o" k0 H
31.     return 0;
    , a( j7 M: O0 y- v6 C
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);
   # Z# O: b- z# t2 m7 \
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   " L* L: P9 E) V' w) Y8 m% Q5 }
3. {
   9 A+ m; b) }* P; P
4. 。。。
   ; D1 h( l4 F+ m1 N- j# w* K
5. while(1)
   2 R0 k/ Z. g6 h
6. {
   ; F6 l( m- f% Y3 m6 b
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);
    $ x$ s2 |7 z/ H* G; v" O& G; D0 N0 j, [
11. }
    
12. 。。。
    , [+ \( g9 v6 L$ s8 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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! G+ R8 b$ E! P& @! q0 K: Y  b
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
     k- c* P( I" b6 x
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[])
   1 L: m  S% e, v1 k; {/ q
4. {
   + }- S; }8 F: X9 F* B7 u* F" G
5. ...
   ! C) P2 F  \; R, |3 D
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 M7 c' L0 q4 f. S- R. o
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & ]* ^+ \5 ]1 s9 d0 W' P: r
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    % Z7 a/ G* Z% m& w* N1 f
14. ...
    5 y& r$ d! Q. M: ?
15.     }
    
16. ...
    5 F6 q4 d4 l2 f  _5 }
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" \
   
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" \
   ! W, D6 E8 Q- d7 g. ~
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   " O9 ?! U6 }. u  o( f8 b
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   / s. E( d( q% }0 J- E
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 Z4 d' ?+ _6 [* p0 u# |' z+ ^; D9 L
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 o8 l( P6 A7 b1 q
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * a; J1 ~( ]/ ?, M% k; I4 C
15.     {
    5 `# U/ g% _. }  l6 Q
16.         free(frame);
    . Q6 ^5 {0 w: ^! l* K+ W7 k& o
17.         return;
      q; m( J* p. f+ R
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" \
   ! L  x0 u- X& H
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     T9 ~; X0 \$ Y/ [+ S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   0 Z: k) M$ L; h5 ^
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   - F# v& Z" F8 B7 e/ y9 k
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   " g# w- c# k! n8 X
8.         printf("sending frame\n");
   $ z7 [- w; D: M. O; Q5 V
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - Z) a4 D, }; |: y
11.         printf("sending boundary\n");
    3 E9 `1 ?5 u5 v6 d3 r! p& `
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & C5 H5 f" a! u/ Z) _# K- [
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; g* J2 Y/ I* n" L# M$ J- w8 I) r
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)
     ]( q% J# l! G/ ]! S$ [9 R1 l
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 a8 x. ^; }$ I+ |! [: C" ]
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , p/ z* T$ u  R* {& b' }7 `
7.         return -1;
   4 b3 }- E  M8 P  D3 l3 l
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; @% @5 c& y; R( a% }2 k
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * _9 }# W7 o8 Q" c" b; D  }# t
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    9 S1 X* S! [& P* V% B
14. }

复制代码

- G# k' v: {* j9 Q3 ?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：
& S; l7 f: J+ H
' e' |  x, `* t3 k- D8 K
0 v' u" q2 S. @0 _/ Q; Z) U6 ?' f

1. while(fend > 0)
   1 R/ X9 R( h) U5 X! e5 V% @( ^; m
2. {
   ' {; K  y3 |7 T8 g) j8 t
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 d; N& r" }$ v) L' t+ K( U( l
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 y9 `7 W5 i# D0 r% @
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   8 a# P- l7 }' p0 G! E
9. }
   " ]% m) ]% q. D' G, c, D  N+ t5 ~
10. else
    
11. {
    5 G, V& q) {: a  g; M
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    . D/ I, P" i4 r6 Z* w% F5 l
14. }
    ! i# s+ B% ]; q1 ]& z" Q
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    . K: C# R. K. l5 T8 h
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    " Q! l- H" R+ q* N4 W' A
21. }
    # \5 m( x! Y6 w3 w1 x
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 w( X  P7 s6 \7 }# C( }
25. }
    
26. }

复制代码

2 i2 ^) j2 `, ]) O  U8 Q

# F4 Z" ?" @% A2 V. D- p
( g+ L2 f% J# u! z0 o# `$ \/ g- LiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html