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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- g2 T& @9 j! m
3 I7 @6 s6 v. o  u% Q6 F7 O

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

- s- w1 V& o0 l) C% ~' E

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。

3 B( h& n% b( O, d% Q+ B' \

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。

一、HTTP网页服务器
$ n! {- O9 _2 a

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)
   0 }" r! o+ U/ k
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ) _& \0 A2 J. J2 R. l8 ^* V" q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   : f- @& K% t/ o% o! H
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ) W7 x1 v3 E$ _% m) p4 o1 [+ K) ^2 H
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % W$ y0 \; i& W# l1 j$ W
11.         {
    : Y8 U( A! v( l9 v: I
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      m: F, j& [+ {/ H; I" r0 I$ B
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    " E9 X) r2 ]$ a; D# F, a( d
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' p& Y5 Y2 ~/ i8 D
18.         printf("setsockopt error\n");
    ) ^. ^/ z- ~& ]1 t& f1 l* C
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - A8 I% d1 a" L: M9 A5 q* H
21.     if(ret == -1)
    ' w1 H: l3 V# L1 v) _0 ]5 ^
22.     {
    . I7 q) X' t2 `9 v; n
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 S! h6 M! P0 q* M8 W1 B. b0 w
24.             return -1;
    ) {: W" t  o1 U! o8 f/ S
25.     }
    2 r) {+ S4 `9 o$ K. b5 x
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) V9 i) K7 P# P
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    9 z$ v7 E" M/ x; }
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. 。。。
   ; u% U+ A1 A1 |9 C: _6 y8 A! ?
5. while(1)
   9 k! {; l( U4 y/ k$ Z
6. {
   8 c" |' ]0 l! b: y& M
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 z& D$ }# [3 ~5 j3 [
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 o! j: a% T' l6 `% h! W. M
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + a+ T2 X' |% C6 P
11. }
    ) Q  o) A# J: l  C, m; p8 a' y
12. 。。。
    : H3 ?+ c/ p0 l
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);
   + q2 B+ o5 C3 Z# j4 e6 h, j
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 D/ s+ e) I8 q" D$ Q. o
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   # U! Q3 `# `" c' |# Y- O4 ?
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 r4 t; O" ?: P2 N! H# d% D$ j$ \
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;
   ; a2 p6 u$ p& N$ ~6 c3 z# H
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   6 J/ X- i- B7 q8 [# {& t: u) v/ q
5. ...
   % }5 t: T" H& U" ]+ t( o
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   5 g5 x( Q: e  ~: R; @9 Q
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . x+ u# `0 Y- [9 Y* r
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    * I3 A# q/ K( ?6 ^8 q' {
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;">
   
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" \
   ) Z8 h( [$ q/ g. D8 K
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! N' i2 U- ?' Q- M' j! _+ l" }
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 u* E' ]& {! \# a
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) o1 U, ?0 n  Z$ ], m
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - W5 a. r! I1 ^4 m# t% q
10.             STD_HEADER \
    1 B9 K1 E, m: N
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    % L+ S% e- h3 f, T
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / ~, P& [) m7 Y7 s! t7 R& V7 z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - h) H+ c; _: x' j6 F. b% c
15.     {
    # y7 P( }" @* e0 A
16.         free(frame);
    % o7 V0 Y( ~) u" s# d
17.         return;
    : W5 U  y2 d+ y9 B/ X
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" \
   0 i2 z: V% X3 h
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   , f/ h1 X7 V1 q" ~! q! Y! X
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 ^* i3 t% A& {- j7 Q6 m8 U! H; j0 V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 A/ z0 R( B& c; `8 t1 S
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * e( v, {6 W- m0 V  c% E
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , U5 z* e! k7 j9 e. _4 H$ z
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 G& ^) G( s$ Y+ Z% @) T6 H) t
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , K3 B2 t0 O5 h8 {
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   : g, Q1 |' f# A
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ' X& V. w' c7 \, M& R, Z4 ?6 W
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ) X4 a3 d9 r$ j1 D; x* C% g
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ! I; ~- t6 A1 @1 ^8 Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ' w* y. H9 ~, _7 ?
13.     return 0;
    + @# D9 O  b' Y0 R" |! o
14. }

复制代码

; n0 J" D) S5 M% A
6 H0 x. c$ _- U- _2 p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：
, T0 Q4 i' \/ ~6 @2 W) j
: ?0 u0 t. C6 M: m; t6 D& F
3 f* c2 G1 {& d* @6 y  s

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 W. H! N5 |2 N6 r+ ?, D% ]
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     Z& r. s$ |  b5 L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . A7 ~# b7 R+ Q, J  U
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   + D$ o# j$ v8 W( k( k/ a( A% d9 O
10. else
    
11. {
    0 R& {9 |- J) S% \" N
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    ; b8 m- u: `0 k% Y5 t
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    / T, w6 y7 t- G2 j$ b
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    5 a1 F% D) Y1 v( N
18. {
    6 V% M1 ^0 z4 n+ T5 r+ M" C
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / W; a+ _9 n0 X, ^' c1 H4 Z
20. return -1;
    4 ?3 ~# W& M- R, s
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 b8 n  o" [% _1 S" e
25. }
    8 \0 U. G6 b; r! R$ Z/ j
26. }

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4 _2 V9 m& u0 X7 ^  `4 H$ \  B7 F

: F! B5 u& T) g, [8 y) m5 xiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html