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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/ U" \9 |* f$ n1 C0 P

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。

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。

  
  & _1 l0 U0 r. X3 s, f6 y

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. {
   $ i; O0 [) l5 o' b9 I9 D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ R4 x* d3 l$ ~% |
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     s% ~5 ~% Z: o0 P$ M' r( V' Q
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)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 l5 B; ^( |* D
13.             return -1;
    
14.         }
    9 ^8 a1 E6 k  ~0 h  H8 S
15.     int on = 1;
    1 I' h/ T2 e5 r" b
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - K1 v4 g: m6 P0 k; T
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / l+ H/ |! h7 f# T
19.     }
    ' p! i. f, U$ K0 Q! C
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 n9 m7 [6 c2 G' L# o! V, _
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    + c5 ~5 z( a4 G" a6 c
25.     }
    6 P; p! f( S+ u% c) {3 Z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    , c% @; V+ L3 \" T2 O  T
28.             printf("Listen failed!\n");
    - v5 s$ V) w- j( |& W1 h
29.             return -1;
    - X: z- K6 @5 g9 t8 N
30.     }
    5 |3 g) E4 M) E# R3 G( M
31.     return 0;
    $ Z6 ~# W. ?) t) o5 E  @
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);
   - K2 Y8 G2 \& D0 K' M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   ) a2 r$ S3 ?' j' j& R
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ) y) K- g+ ~6 k  h6 t
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    & }( Q1 f) i5 w5 G) v( d
12. 。。。
    . Z/ H% A5 G. X1 {5 I; C/ v3 F
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);
   $ r+ {! l" G/ I2 Q- G5 {3 m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ( `% z1 R8 U2 |2 T% C+ ]0 n
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   2 F8 ?4 B6 p/ p
5. ...
   9 O$ y8 I, H% K$ o+ B: [
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : k5 k" V0 [  Q7 W, P8 s
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);
    + E5 x" @1 @5 d+ D
14. ...
    3 ?. j+ M' }) ~( `1 f- g& x# v& w
15.     }
    
16. ...
    * H& a  Z9 J) `! ^2 I
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;">
   9 w7 y1 N4 V; |- H9 E7 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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + y" X  @0 `  w4 v; K) ^
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" \
   : @  o8 y( e3 [/ ]
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) U7 J$ h' w5 N' Q, U* N
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 L4 w5 d9 _: w
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - d' _; l& U' N% [
10.             STD_HEADER \
    7 X4 _0 v" d8 H; D- j' t
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ! \) m: l/ s7 v' E: o4 \1 Q2 `3 I' v
12.             "\r\n" \
    # S) A0 Y2 e8 d
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 ^$ \; b6 Y5 R' p1 F
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 z  X' l1 N! V) K$ o3 _# |
15.     {
    8 _2 L$ k# s6 Q* Q8 t" a+ \$ Z
16.         free(frame);
    
17.         return;
    2 A7 S$ @& X" I+ [) o7 v# q& w
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" \
   
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)
   ; D: X$ S) U$ f+ w
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   , E$ l. U6 B1 R/ z5 R; Q
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ! b6 K& m& V0 a5 |8 E' B
10.             break;
    9 e3 `! p/ r) j9 ~, X& }
11.         printf("sending boundary\n");
    * P/ g9 T% q) [+ z
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    4 w! j' L/ k& T+ I# A% `& e
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。

& s3 s  h* Z: c; B3 f

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
: S9 Y+ b) }& I0 P: \

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     ~5 N  F% V% Z
2. {
   , p; w! y: ?" P* }- b
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 `, f! V! i0 b+ n
7.         return -1;
   " o( s$ F: g3 @  D6 a8 p# V4 Z
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   2 M% C, u' P( e; f2 b3 J
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . z4 R- Z( X( j8 i) J
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 i  S# c5 @+ T; R
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 E8 C& M/ |7 d; w' @! `5 ]
13.     return 0;
    
14. }

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1 ?0 O" b& F. \' c
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：

0 V" R; Z% ?! }+ y6 t* [+ E& k! V9 d
! k9 f* F, D7 V9 m3 }# l

1. while(fend > 0)
     }9 f, L. t3 j5 W- [4 o9 u
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 I- @5 P6 D5 t6 o/ D
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ; A9 a+ ?% d. s# D* n4 u
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 }9 I$ K8 {) S. y6 b- c# O
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / o# u/ y; l8 B" c2 B8 m
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ' h& G$ z% N0 \: P: b0 ^% H; z
10. else
    
11. {
    2 u6 W  R8 o* p, O8 R
12. picture.length = fend;
    7 l( `2 V  q# l2 k3 m0 A
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 f7 t( E% L* {5 f' v5 W2 r
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " [3 C' R: t. Q' ^" d
17. if(sendbytes == -1)
    5 o' u9 Y* _% w! D
18. {
    3 r; o# [0 v# `
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , R* O( `) l% L! m# |
20. return -1;
    
21. }
    ! b5 `8 p  j+ h. i' o
22. else
    
23. {
    3 Z6 X3 d2 u& [/ h* D; I- ~7 A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ( W$ x. w% q3 `# n0 m
25. }
      n( a  p* V+ K4 ~; l% U
26. }

复制代码

* w& @1 G1 I" T' O! A' ~' C

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