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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0 w0 d6 X0 t4 ^. Y* y

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。

5 K$ H& x/ [& w) Q0 }

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。

  
  - c& [. X. b7 Q; A. U9 D1 q

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)
     a1 g: Y) T( n$ A
2. {
   ( S2 s3 B' J, h8 P3 m1 y+ p+ ?1 F& A
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , M9 h3 ~- n1 S* g, y8 Y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # U% }" \3 J/ t; |; N4 o9 C
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   5 s6 u4 J( [% x: m# ~
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 T+ t6 }0 y  t. J7 S: {
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   2 }& l! u7 Z; r( j
9.     int ret;
   ! f: c7 H, g) X+ ]) {' C' J
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    " R) `+ L) a+ a( l8 z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    + e8 Z* d4 m/ Z3 H! Y9 e( j- u
14.         }
    ( |- L# _8 H/ g7 W1 H
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 ~# ?. ?' w; o* ~$ ?
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 G) z, X* _9 f
21.     if(ret == -1)
    & S! d& J6 G( @0 e$ o0 A/ Q$ ]
22.     {
    ! Y8 I" p, ~# t  {1 K: \* }
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 [/ Q4 x9 B  M8 G9 v3 c: v
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / }3 N' v$ t: j2 f9 r# U8 W+ B( K8 [
27.     {
    6 k2 V) g% _, z/ W' P& N- f2 d/ @4 x, ]
28.             printf("Listen failed!\n");
    : ]6 a; e8 ~( a# d( ~8 T
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    9 J+ V9 u4 D0 g
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)
   $ Y( f8 |7 c9 C! M
3. {
   , A% K  W" ?" S, y6 x+ L
4. 。。。
   0 Y+ s6 R, m" b5 c1 q7 j$ o
5. while(1)
   ' v. I. q  c' F+ T* [1 o7 ]
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 X+ C% m7 U) @5 i2 ~1 |2 L. z
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    . }" _# s0 U3 Q! E2 S5 g
12. 。。。
    6 Z: R7 b3 K# C+ U
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);
   6 I0 y' A3 V( e& s' D: l9 V' O! K
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   # J( ]1 L$ F& d+ q7 Z# h
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 F' a1 t& I1 Q) H6 a. G
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 j1 F1 i1 D1 H, p
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[])
   7 [# l: k( v# [3 _
4. {
   $ L1 m  F' j) a) Q1 s: n
5. ...
   " e' {& D8 w! Y  u9 {2 \6 U
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   % ]2 k4 K( J8 K9 z5 K
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   7 g2 ^' u5 a- i  I) e
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    . b" m3 B( Y: X7 x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    1 z. V6 D+ N6 H. h5 J* c" S# l
16. ...
    1 a3 h; p3 `" m: y) ~7 |" R0 F3 V- m) k
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" \
   * b1 q1 Z- V/ Q/ M: K
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   % z* L% X: M8 L  R: \$ ?# ~
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) S$ r: w! e1 j; W- I: r) ]
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , s2 K2 n& v& t+ h. k, O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   1 F2 s/ p# N" m' b# k: I9 K
10.             STD_HEADER \
    $ h* x5 q- I; y8 u& p& h$ G
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - U5 G8 H  r: Z: w0 k. }& U' C
12.             "\r\n" \
    6 t" O7 p; f0 `7 p& j1 E
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " L) i; c& H3 z8 k' a4 ]
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : A2 N! C7 |9 ~$ Q- U
15.     {
    + F7 A& Z9 G5 ^- y. [3 V* M* E
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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" \
   1 Q  x2 N5 Y, }( V, \
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");
   # `' ~, N, W* ]1 S0 w
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! J# O: {: B! b; S$ m' m1 t
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   - N8 I3 z* y* A& g
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ H" b" s+ e2 X  f% q
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ r7 w% V3 H& f# @0 N8 q& P
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。

7 Y4 q+ n2 A" J, J0 r( |3 E4 v

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. {
   % M+ Q9 e5 K% F4 S* m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # d8 j4 H& d8 K+ W- ?" d
4.     if(*socket_found == (~0))
   % U3 C% S  [, ^* n, d# y
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ; u% z/ m* r5 U% k
7.         return -1;
   3 y* q! \1 n5 B, B3 S; h; C
8.     }
   ' i% X" W) @4 K  G" N% R
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : N; N8 o3 E7 V
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; E  u; A+ R" h9 o
11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 T5 I4 L. E& E$ E
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - m$ E* Y! X# }+ W. k, t; |" @
13.     return 0;
    : Y- i$ U0 X6 m- r
14. }

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5 v7 t$ c/ X# u/ H; b
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：

8 q# p0 W& a- S$ a

1. while(fend > 0)
   / f2 |' p& I4 d' [1 [$ @
2. {
   $ g! G: ^# F; E" J) x
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % r. G8 g$ N4 U; c7 e/ w
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + R) Z% I, x9 _4 T0 ?
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   & m! e" a6 T9 Z0 l! n  G7 K
9. }
   , b( \8 F4 q# `& i; P* |; l
10. else
    
11. {
    . i& R2 h. o3 d* s( G$ a3 A
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
      p$ @- T: }7 O7 u( L1 C
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    3 p' Y- [; r! n) ]0 P  U' d
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    8 L) `# G' L) l6 U
18. {
    + y) C% S( _( F$ G
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ! e% x1 d1 f% f: i' t
22. else
    - H) s2 n& Y2 f! j! Z& |" K
23. {
    1 ~4 f2 M8 H2 r& r; ^0 k- c
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 ]* r  ]2 k& k- o) j. G* R4 t5 o
25. }
    
26. }

复制代码

6 ]6 K/ f$ P( G
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html