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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3 Y: }$ A6 [2 U2 J6 |

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

: N& f% R. S$ o  a' b2 `( f

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 H( ~+ f" v$ X

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。

  
  ' ?) l8 ?4 {# C& F9 l

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
& \' d6 K, M8 p# p# S. @1 N

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)
   / l. y! U& `3 k1 a1 L
2. {
   # u' g- t: m2 S- K8 C" c  d( a3 W1 N
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   5 t2 Q- O( Q2 x5 v- ]
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , ?' J2 f5 F5 y) Y0 P2 u( q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    . R& D' i2 X$ e0 h
11.         {
    $ Z& x1 E# y0 v. J6 W5 B$ U% k/ n
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    3 l: i) c+ O4 A( t( B; N
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ \# ^, V% N% j% G# |# r8 N" z- [
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
      [' W5 A1 a( Q
19.     }
    % u# [8 @3 ^; C# u5 P: L
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 i$ X7 ~  r! j, E% u
24.             return -1;
    $ }- D# g( Z0 N% M% T
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    % _9 K, `" ]4 z3 N. y
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    + }- o  e. _" c* \. R' V, u7 j
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);
   : i% \4 q% N( a! N6 A
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   4 e2 {, D4 _7 u" O
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   . I$ B2 P! X, B. {( {- c7 O
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : X7 z6 G( v1 _1 r1 b8 N* \
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # y7 V0 x5 {9 l8 E0 e
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 S- H% ]7 S6 S9 R4 g8 S
11. }
    : {2 s, p& o- b6 Q
12. 。。。
    6 |* y, V" F  g/ u7 a* ~0 i  m3 Z
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;
   4 L# j% n- Y; t+ H. r; E
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * G! c) Z+ @$ O4 A( B$ A" u
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. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " {6 {3 s6 R/ P. N: U  }
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) j8 L' F  `: g% q* a4 J
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);
   7 S/ g) `3 E2 ~2 T8 \! h" G. g
10. ...
    / a2 ^6 p  u' [( ?% l3 d/ s& h
11.     while(1)
    4 V3 e+ m7 e( o8 h8 [
12.     {
    - X5 K+ ?' l0 i) c
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 K. p# L9 z9 e8 D- N/ b
14. ...
      H9 m6 M8 g1 q
15.     }
    , s% |% i# T9 I9 F* X
16. ...
    9 E/ v- W" U. t: p# N  f2 @
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" \
   * s3 D3 f5 ~; Y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   * u+ \) j# Z9 x9 E  f* N1 u
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   / ]9 O' W) k  V" V
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   / Z  \9 Z% ]* K; b$ a6 B0 [
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - `' ?( a& ]  [
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   & X( O2 [  G# z& F5 {7 U
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    + h! j. ]. `4 j9 k* e( v# c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    6 t3 @4 l/ U. H- ^+ t
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 [( @5 m( P; E
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    8 F/ F+ b$ E6 I& N
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" \
   5 Q3 g0 U9 B/ H0 ~0 i; V
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   $ ?  B% S/ g* C; x1 e# z
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   : b2 _2 F3 D- Q3 ]: M5 h3 P8 q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * ?2 q* ~; Y3 \# A* a
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   - F% M/ X4 m& q+ P/ P) B( f
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % l2 ?/ ~7 M' I2 _, F) o8 J  l
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 r5 ~* L/ ?- ]; R/ y( j5 j: a, G

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ; E4 ^; t. V, M, w- C3 x  D4 \
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   9 \! F& w- a5 N
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   + o) m9 S" Z* f4 t! J0 G
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 Y& e& |, {5 z3 C) z9 L
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % c# P* a7 r, R* |) x2 R+ }
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : ?  g: `* W+ F% i
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：
, ?" W+ F$ Y% D1 J
8 Y# F- g6 n; {/ a
$ |5 D' `9 |: u& ^

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : V3 R- I' B) W
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , a7 P3 O3 O! @
6. {
   + [9 _/ a+ j7 h2 G" E$ ^+ t# Z
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
     o$ m4 v7 Z0 u; {. `2 S; v
9. }
   - r( h6 ^% a  O% C" b8 L" B% t
10. else
    
11. {
    6 c5 K% @1 a  W4 b6 m  _* g0 X$ W! U
12. picture.length = fend;
    0 f+ X! x& W" C0 t7 |* D4 K
13. picture.fin = 1;
    0 v, ]3 G; C/ T
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * n5 p, {& v" @; g  v' Z' e
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 Q& g) |  k8 Y8 S' D/ P, h
17. if(sendbytes == -1)
    # u3 U0 S; ~) }4 T7 |
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ! P) A) Y* s8 n- R7 ~! p
20. return -1;
    3 q( i$ }) j, r
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 H6 i# I! H7 A- q, g3 W+ f' r
25. }
    
26. }

复制代码

4 e/ j5 H, ^: @
# l  s; ^2 G1 D, S& m* I" R& h

9 V' C7 U, \( h, o' D' T4 j
5 t( g' W( @( yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html