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 E" @1 s0 y) c; i6 r. l# [4 g

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。

8 C" `" l" }+ v+ p( d1 B% ]# K

/ m" i* ^! d% `- D+ J9 M2 M* ^) {( r

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。

  
  $ ?8 C. @/ x8 Z

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。

5 w# x/ c$ g4 F9 e1 S  G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. {
   ! g1 m. V4 _5 k) d% B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . c# m2 B9 ?% F& i% j. H  N
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     l1 D) Q+ ?( t2 {) q. |# o
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; n9 J2 Y/ W! k5 ~$ m  R; ?; G
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 ^/ \5 k/ o: g4 G' P
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   - P* }" U& J, e" }( B' H& j
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) ~' h8 f/ V. A, @: c
11.         {
    ; W+ G! ^9 r, d- d# ?$ q# z
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
      e. L  E! Q' }% L: V7 L
14.         }
    3 S0 S* C1 `6 j
15.     int on = 1;
    , J7 a7 W' z6 ~5 i2 _$ {* L2 S
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . w4 c; N) X9 h# O% ~
17.     {
    4 d  i* g' L, P7 A
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 K4 ~1 z9 v% K( z7 z
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - v& X! P3 I# f5 A; M8 ~$ U
21.     if(ret == -1)
    4 z( @  T2 z0 T# ~4 q
22.     {
    % A/ m6 c$ s5 l( x! s
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    3 S1 G# o  G- b5 g/ h
25.     }
    1 V% N, z) B+ Z: D1 `' Q4 K, f% E* W) K
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " V) _: h7 H/ G3 ^1 ^1 O
27.     {
    & x! w1 L/ n1 C2 u! M! I( j
28.             printf("Listen failed!\n");
    8 C1 V4 e' P5 I' X
29.             return -1;
    % T% z+ A8 D+ n
30.     }
    ! [4 g0 T6 |/ {9 u
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. {
   
4. 。。。
   / F& V  I7 y- p% j
5. while(1)
   9 u3 d' m4 z+ X. @% I3 i& u3 r2 ]
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   & \; w9 L: M# p/ S
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 G' G# M/ b5 M6 U" B1 L! G
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);
   , j& V7 d+ m6 D
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 a( c5 T. a; C6 v6 b( ^# p0 t; ?
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;
   ' s1 o/ I! L) P4 }% e) m2 Q& S
2. pthread_cond_t pct;
   * F' I4 l/ |/ n- }) R
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ q+ l% ^4 t% i. M7 T- v* O# A
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 d3 K2 h  ^0 u! _. r+ x5 F
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
   2 m( }( G7 i- V3 F; i* o
10. ...
    - V; I# [( I( y; ]
11.     while(1)
    
12.     {
    1 s% O0 r( q9 a
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    / U* n. ~4 x% d% P0 m
15.     }
    " G1 M! y2 ^1 S' E1 F5 \
16. ...
    ' \4 P; |: C5 [
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;">
   6 I8 V5 w/ u* m% Q2 L
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 \6 h3 w8 w- k1 ~$ n0 V5 Q' e
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 \
    $ _1 ?( O8 t1 b- U- S* u- R
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 m. w0 }5 o. b' p
12.             "\r\n" \
    # v2 q! `1 Y: e9 s3 {7 n& G$ v
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ( _" I7 m( v0 b$ g' Z- Q4 m9 }
16.         free(frame);
    
17.         return;
    3 h! U: R0 ^1 ~2 v- w8 ?& U, ^
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);
   7 ^9 }5 Y8 v5 s8 l
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   - Q6 H, f( A" h/ c  L2 k
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . W% y8 A& _/ R) U$ l$ g
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

  [8 T& h; U4 G$ u) J1 r. ^

2 i4 c- V/ b9 a5 ^+ W; i& W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. {
   3 [7 l) e% e2 A2 _/ P- ^! k/ V' X
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   " l# v. a) h$ R5 f6 j# f, v# I
5.     {
   6 `* K/ J% v8 C" _% A+ l
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   $ L& M% U* S: u+ b7 v
8.     }
   + L" u" \" t4 `9 w
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / M" E! u& ^* l! y7 x# q
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    / ]9 ?. J' ~& n/ O. o
14. }

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5 v5 r2 `- J+ @* }: L6 a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：
* T# n# O5 C  R' g) |0 U
0 R/ _* y' Q- R

1. while(fend > 0)
   ! g- ?* Z9 ^! p
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   , c7 [/ ]  S* s3 G  `" M" J
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 B( X3 }. p. F3 L8 \5 v
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   . g: G0 X0 d, K* s
6. {
   / j% R8 E, q/ L, o, o. t/ @3 [2 E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . }7 Q6 u& c4 W  I) H. G, Q
8. picture.fin = 0;
   - \5 ~; l1 k% y3 G2 b3 D5 g
9. }
   . c' E# V5 }$ l0 H5 N6 t( P/ w3 v& N
10. else
    
11. {
      n- o) {7 y0 b, w
12. picture.length = fend;
    7 v4 ^$ u( J& _* [& i
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    + `% n6 W6 n* i  \% X/ K  f1 z
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # g5 M* x9 O+ C& s5 Y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    9 z4 Z: C. Q! \9 }. _* ?
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    9 c- f9 M) c9 l" T) c/ P# l
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 \5 p. ]( l: K- d% a5 d; c# Q
25. }
    9 F( [/ I# C( M% O8 f+ s; f
26. }

复制代码

; a0 \5 `0 Q) P$ C5 w5 v% F

. {" [, h7 v5 x. M
8 H# k  {) b+ A6 O! TiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html