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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$ K8 y, K- s6 y/ E
: Y4 Q' L9 @5 m+ g, A+ N- d$ 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
, A1 P: z+ d! C2 Y9 u# L

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。

! y8 k" e3 ^* Z; p. i/ d3 y6 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。

  
  + q* `# b4 {0 t; i! u% A

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。

) B" C, X& Z( C' q1 G$ i: R2 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)
   ) U4 X* R8 I7 C0 X5 `7 q
2. {
   . @* U# B6 U7 F/ Z' Q: R
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; B* U" v( d* ~1 a0 P$ ]
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + @7 ]; \/ h% }' L) Z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   + \  b1 a) C% E
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    0 a0 {% O5 F) {8 N! C7 Q5 x
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' X( |3 \2 o# j! X
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 y8 F; o/ M7 E; N& u. K) g
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    2 q) v1 g1 m# z- U8 Z7 s1 p0 R8 ]
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ) ~7 r; {. _! r  [, p- l
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    - q+ B. s. g+ _
24.             return -1;
    
25.     }
      ?% Q8 S( j% h3 C5 _1 T
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 k6 [6 C, H8 K
27.     {
    , {% v7 |5 n' w! i
28.             printf("Listen failed!\n");
    7 R2 X9 c* |* E( Z, V
29.             return -1;
      o: G! F# M2 r. U" E
30.     }
    # X: l' c  a( L6 {1 X9 }+ I# Q
31.     return 0;
    % T% @6 G1 l: c" i! M
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);
     E! k8 ?) Y5 u" T8 m* t; L
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   9 b4 h! U& P% f! l
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   $ T9 J& Z* M7 H# ]
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   $ V3 z, d. H% b6 m2 O" f
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 j4 l( A' m- V) p! J' {
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - e6 [7 q/ h1 K/ ^1 u; t" L; {2 F
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   1 L$ Q; G# m2 f" J; Z
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;
   / M" ^# f; x. q& L+ f
2. pthread_cond_t pct;
   4 f+ R/ P0 g# c6 q! S/ i' J
3. int main(int argc, char* argv[])
   + i' ~8 C3 ]  S: }2 e* A1 w: J
4. {
   ( _1 w8 `% C$ Y- n% a$ _
5. ...
   5 q' M7 `, k% `: x  N% M# c
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; W. `0 _- `7 c' ^7 h$ I5 f
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    3 X9 h4 N, O9 n  X
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' s: Z  C& @" J' u6 p$ V2 j
14. ...
    ) U( @4 g( \. k; C" S+ k- u
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" \
   . d- u! ]0 |* m  ]) _
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   9 ]$ H7 t; f# w. @7 Y9 k. _
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 \  T8 _* m9 P1 |" Y9 ]/ w
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' r; c! ^" q- n" B6 N% e: Y& F) T" {- f
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , D& h9 q; E7 J' _+ Z* h; N
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 L$ E+ x/ R( j( M- I1 {# a
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   + [( V: \7 T7 l" F' {5 z; Q
10.             STD_HEADER \
    " k- H8 X7 Q- p( Z' d, m* P7 j
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    & G1 p9 n0 U2 n
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 ]$ y/ X4 v  e$ U. T0 C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 d  q, {5 J( k5 q9 l/ d) v  {
15.     {
    
16.         free(frame);
    : n7 d  |0 n7 ]9 y
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   " K  T/ g- V6 ^  ~) W
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 J- V1 r+ t, k" X+ e
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " O+ H& T) n2 f
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)
   
10.             break;
    : _) d6 R( d- g  J7 [
11.         printf("sending boundary\n");
    7 F  E1 z% R( @8 s
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # f' f  d; v. D
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 D. F9 x! r2 q+ ?4 d% C7 X% |
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。

5 A- E8 t; [1 K6 m( a; K/ @7 a二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; o) k$ o" Z5 _; h. T( ^

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # L! ?( {+ q) u4 _9 n
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % `: I9 z' ^; l2 D0 g' h
7.         return -1;
   
8.     }
   $ h+ j* e. g) X5 _2 @% ]
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   1 M( b0 {' L7 x) q/ }. G$ s* X/ k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . h+ E+ u- b- U. B  z
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * R; K  s' _! P6 G3 l: {& P# Z
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 Z/ `& Z% Y* N! N% z4 }+ U: h) ?( c
13.     return 0;
    $ Q# D4 \  b0 @  L* n
14. }

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- u, ^8 `' u9 b* I: r6 t1 v
9 K; X: E/ k% [. ?! o2 X! A1 U5 V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：
5 x" }) `2 G, {3 v$ y! _

0 q& E0 I4 [) G" P) F" r3 A

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - X1 t! p2 z) [" f
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & C. `+ x; m" B5 G/ v
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   7 ?7 k4 j+ ]4 r  `! S5 C7 x8 z  i
9. }
   ' ~3 S1 r, d8 y. \) P
10. else
    6 W- R: N2 W( Q
11. {
    ( \/ A/ Y# n1 j+ a6 S
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    % f  i1 N( {/ l3 P
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 w9 r0 g8 ]& j' r9 l2 m  f
20. return -1;
    
21. }
    / C2 ~/ H3 T6 X8 J) a, h+ U
22. else
    $ u% g* _2 Q* y
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % ~. ^. @3 q+ U6 W9 `
25. }
    
26. }

复制代码

  b: T7 F7 d- F  @

, i: B# j/ p2 u" G% s
$ R* _, N) b) W7 p! N( p4 k$ @" wiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html