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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9 i( H4 p8 C! D- v( Q4 z5 F6 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。

9 ^  B  [  x( |* `6 z9 J9 Y8 j

) s& w, N% @: P; Q1 K0 P8 v

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。

( P( e- d0 g! O  O一、HTTP网页服务器
6 _& k) N  E: w0 d4 X: N# M

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)
   % R! @  n  H( V1 S6 T3 [* U
2. {
   & N/ j2 _. T, o" K$ L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ v9 V( ]2 R$ W* v4 j$ C. a. a) K8 j
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   9 ]4 ?  p. m6 Y, R9 D
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 I: Z/ E& n- x  }- ^
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   . H6 x, p6 W$ I3 U. z2 c
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' a" {3 n6 }- i( u; Z- C$ W
9.     int ret;
   ; \0 f. V6 q1 }( q# }- X) D* g
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 }7 v1 r/ \, u/ F
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      b* r5 [( O  d& F
13.             return -1;
    
14.         }
    ! Y+ r" t: A4 m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( ^& |& a! e  ?4 z* \8 b$ @
17.     {
    ' {1 [* Z3 b3 r* C2 o6 `
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    " i; Q) ?, ]9 E8 t
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; i0 k6 m5 C& u+ h+ x
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    $ k# T9 ^' o6 ~6 p- E
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 U" ]3 K- L+ V' V: w5 R* m6 s
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   7 I  q, C! _2 V; O7 O6 F, z" @' M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + f3 `2 M. e$ }' ^
3. {
   2 g0 I  F' {% ^. R  L; B
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   $ \" W$ }2 E  a9 {# Q4 p
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     R: {# d3 o* }# `+ d& i5 ?* R
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 B4 q- D$ ?  W
9.     。。。
   3 w. ~: ?7 ^/ `+ M+ D# D3 J- u+ y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 l, R' d/ u& G: B2 _' e: \8 ]4 _
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! v6 W; g( i; H/ L+ ~& a' u
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   - F# L0 Q* Y" y+ [: l# H
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 f) e. k/ f) O, g
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 H" V, N9 H% v
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;
   " v! Z5 I6 M9 B
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   % g9 n$ e2 R6 C; r
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , ^) Z2 n4 G/ _: h: C" [+ w
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);
   ! j& {+ u# \, k. W
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    
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;">
   5 b5 P' L5 K. u6 |: u$ \
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" \
   # p% _$ n% x4 s& I9 a
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" \
   ' o' p( Q9 L8 c  a; n$ o" j- s3 h
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; h. i. f5 G9 H2 _9 A8 K) [7 O
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   # j+ i5 c: f. S& h# ~0 u
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ v: Z$ e4 w* S' |
10.             STD_HEADER \
    5 p' g4 z+ k( }2 E- W
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 P& t" ~& \5 M5 Z0 L  v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    & j. x: A! @# ~) k# v. [, p
15.     {
    
16.         free(frame);
    ; V9 g. Y: f5 m  K
17.         return;
    / u8 u% N+ t( o9 W; f& [
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" \
   7 Q( D: T* l8 s5 p5 \; r& u% b
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   8 v) B6 }% w( z$ I( C/ ]7 ?' A, u
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + y, e1 ?9 S* l; ~. T. U# l) G
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 A* r- Y7 H1 U: V9 z; p
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   5 g5 \& S) Z5 K6 \. b! p
10.             break;
    & `! G( c* f' W5 u
11.         printf("sending boundary\n");
    # G/ D( @6 q+ q! G8 B6 N
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ m) ^* p' D3 a. q% o" H  U
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：
2 ?! P5 M, h' ]8 {+ k, T3 H

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   9 P7 [: |- v0 J) T
2. {
   & U+ K; v# {+ l4 K/ O  D
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # \& g# E0 d* W! c5 E
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   & a* r) k- P7 \6 }
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   . L$ v+ W/ E3 x
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 Q" V0 l: h2 o" }! f$ w
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * B; U5 V+ ?' g) ?( |
11.     addr->sin_port = htons(port);
    3 I" y- z5 D, f2 j
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " a+ N" l9 A0 I- t1 R/ R. y4 Z
13.     return 0;
    + u+ M$ j, v% E5 {
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：
! H. r6 N! W. A
# u4 w" d8 \9 N* K0 ]1 |

1. while(fend > 0)
   % R; {) y% R- A
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + z) Q6 L" T' _# ]* K. p
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & [  \* y- N, x- a, V% I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 j$ D6 @. v9 Z) g# z
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   : n6 R9 h& m( R% H1 \0 X5 ?( Q
10. else
    
11. {
    6 B, [+ u  \+ X6 e
12. picture.length = fend;
    9 z6 U1 l& _; A3 [8 b
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) Y' q) h  c( b' w/ k8 x* j
17. if(sendbytes == -1)
    8 R, B9 C' M: m) z0 S' d
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    2 i+ d" a. G9 W2 s+ f6 X
21. }
    $ ]; X. d/ ?$ \* M. }7 w
22. else
    
23. {
    " _; L! O4 g2 d% Q& s: P. p8 O
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

1 D! P0 ^- J- o, i
* Y  ]8 }. B+ g, q# O* [

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