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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7 K% @! V$ \3 i8 C# z, S
9 O5 j1 i. ~- R2 K  D+ _) r/ }

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

; ^) e8 X1 y9 t8 A

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。

% \" R5 p$ ^" G$ `0 {7 I' H

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 \, i( q% K4 L" }( 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。

4 i. t, |7 a8 F5 {! C( t8 @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)
   * @9 w  s4 F. j% \, O; }
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   . ^' _/ a  l& W6 h( f9 |' a
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * J8 B% d: F1 [4 h: A# E6 C
9.     int ret;
   # W, Z" j- Y% d* q& n# V* e* Q- g3 o
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 {8 l4 B& P+ N( l0 H! a
11.         {
    9 y' G3 C0 f, Z& L* \
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - }" R' \# w' z' f, e. H; S
17.     {
    ; P( V! a% S$ n! C/ G
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    7 `5 }1 J; U3 @* |( q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 y) T6 z* B; u9 m
21.     if(ret == -1)
    ( u* S% W; a9 f; n
22.     {
    " Z; ^6 A6 j5 N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
      Q# E$ y& K6 h- N# f7 T
24.             return -1;
    9 S6 H0 @8 g/ r/ W' L8 z
25.     }
    8 ]& L) _% i2 l0 I" K
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    3 b, _6 q% Q2 u( s; s
28.             printf("Listen failed!\n");
    + }: d8 F9 p* \; M: A; \8 s
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);
   ) G9 P6 \0 W0 \" ^" j5 Q
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   $ \/ t8 W7 a( D" Y; i+ t' C
4. 。。。
   3 |  F; A: M" q6 y8 y
5. while(1)
   3 v2 v3 |- L7 M9 o
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    - u+ k0 S8 b  ?( t% n! i/ y+ A& V4 T
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     b7 k/ e2 X' {8 V$ J! r3 v
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 v) Q. V8 t5 q1 S0 W
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;
   5 N/ @, R% E, K6 _4 V
2. pthread_cond_t pct;
   ' S7 D0 g3 H( E. ^3 U  t5 e
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   2 |1 t9 ~3 m2 J
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' ^& A; m( B4 s" `, t. @: Y
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);
   # N7 V/ Q) \, l) b2 n" u) h
10. ...
    1 f0 W; I0 n, j2 v# j* |: U' u0 V
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 I( F- Y9 O9 Y2 S
14. ...
    7 [: o; o" L) p& T/ v3 H
15.     }
    * D2 N* N* N) M0 U* ]. f8 n
16. ...
    " o* U" s: Q# z+ }( U4 ^8 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;">
   % Y5 G* W( _" [  C
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" \
   5 C( c) R! v: o, Z( E; x
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   6 r2 D. K0 z: h0 E1 }0 ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   + O' O# [1 }! w% Q% L$ b# J' `, s6 j
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) [/ O: C7 o" U3 ?5 a' _
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + l! R0 I4 a5 u+ R+ l% a$ _
15.     {
    ) ~* f) ?8 c6 n3 Y4 U
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" \
   ! d+ d& J, |* r% D  x
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( O/ Y! r% n% X( o' o$ f+ s
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   7 R8 U  t: e- t, a
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / K/ |2 q& g$ a7 P1 @) Y
10.             break;
    ' C. y5 ^, Y' H2 I$ O
11.         printf("sending boundary\n");
    # t2 N2 j) }. G/ [6 ~% ~
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。

( S! `2 p! R# h* S! h/ e

" n9 ~; N: }4 |' d  |: z! G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)
   & [  Z2 o  \0 R# l1 _5 R
2. {
   ) P/ u6 V( L; y% C: y' K# L# J! [
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   $ i0 c: g: P" C: c3 }6 i1 `* E3 H
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ; v+ r0 J2 Y) ?  M4 r4 M3 _
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ) \5 @( y' p5 |% g
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    4 n! G3 Y, @7 d( q
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：

3 h' Q( ]3 y" S) s! d; c
4 S( |2 k, v7 d# }! _. S  N6 f

1. while(fend > 0)
   $ r$ c! }  v, V5 o; G; e+ f( N7 H
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ! S% ~& {2 V2 D5 A) C
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / {8 S( [9 ^( \" f6 ~' u2 B. Z
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! ]  T4 W. f* R) D+ ?4 }
10. else
    
11. {
    1 ^) x9 m3 W$ v" y, j: B
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    - X8 e$ L. l8 j* e: O! @% [. |
14. }
    3 z7 X! Y7 |+ b/ N
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + }' `$ I" j5 L# N) @# }
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . ^' T7 c: ^# x- b) _6 {# e3 g! p5 d: y
17. if(sendbytes == -1)
    6 V8 d% q8 ]) s% \7 g
18. {
    & _0 N9 g: u6 [2 F5 B2 k
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ' C, j' b6 J8 D. n# h$ f/ `
20. return -1;
    ( Y$ p9 Y: I8 l9 `% @: o
21. }
    
22. else
    $ s+ b- Q! Q' X1 \
23. {
    % A9 f5 R; i) v% C1 R
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    7 K: N4 n! X( B' A' y
26. }

复制代码

, z- E- `& Y2 I

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