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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$ s: P: r' [+ u9 I8 E! F
9 p% O/ p9 r) X+ B5 w& u/ b

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
7 L7 R' k  @( U  c1 I/ W5 F; x4 I
0 K  C4 J" S1 Q4 J& _

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。

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。

5 ]5 ^# ]4 A0 [/ p  t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)
   + ]+ Q* D2 n8 G8 t  W
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 P! M2 O: Z. k
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : L8 l7 e+ R# N  z
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 b/ w9 i3 B, x. R
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    . c2 g4 j+ h( H
13.             return -1;
    
14.         }
    1 m" K0 |3 T8 a7 ^3 d
15.     int on = 1;
    # e+ |3 E* o6 u& Y, g2 @) |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # k  p3 K. y0 u5 i: O
21.     if(ret == -1)
    0 W( `+ V+ c! h3 O1 F, E% r
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % ]1 z0 g3 y9 v9 ^/ M% @. b
24.             return -1;
    6 F& l( I1 L* C& ]$ _% b& w! U
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( T: p. h* U$ P' E9 p) d& A& S
27.     {
    % {3 a% H# i1 H" J
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ! z% k4 p% m  a* {
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 A1 m6 M7 a" W$ X
3. {
   , M  w# |9 g" U/ ?" t
4. 。。。
   
5. while(1)
   * M" a) T: r* ~  H
6. {
   : S+ N+ ]$ g0 U6 M3 n
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 r: N& T! j2 ]7 ~  j% ~
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   " O" ?  U% J* ^, C- N# o
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);
   * l# w/ J) ^( @* B0 M) l' V
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   7 |, m( d0 ?+ l  F( F
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( S, N8 a/ @% M" O4 r$ _2 @
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ w& x& p: G' a$ a4 [# i* F1 ^
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;
   ) }- n% `& |% A% q, r  ^
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   8 @1 s3 g; j. |- u+ {* q
5. ...
   * k! Z# |; w. z9 d1 J
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' a  `, G9 h1 }7 m
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : Q: Q4 u% {6 S$ q3 F- s% L  F( d
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    " @  c9 w! T4 d+ X5 b- T
11.     while(1)
    5 X6 h2 p# h3 d: D+ [9 W7 D! c7 j
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) ?& [% D# [9 l6 Q8 o
14. ...
    . n& Q8 M8 _9 t% J8 Z
15.     }
    
16. ...
    : D7 Q2 [# Q. k4 @
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" \
   ! M( R5 z5 w( [$ h' g" g" Y6 D
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" \
   ) y# x5 u& A5 L5 E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   / Q6 X/ B9 Z" ~$ d; x
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ( e4 c# Z% n0 q
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 V! x4 u9 C, B7 n9 l. k
12.             "\r\n" \
    9 Y0 S5 Q) i3 ?
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' `2 Y$ n3 r. k+ E1 K
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    - i; _2 W  Y9 a
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" \
   / W# H, M1 v5 O& R3 W6 D
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   5 }) t$ x& o( ]2 Q6 K4 \# o
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)
    ' H& Y, h: B8 q% g+ b( o
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。

4 t2 C" [2 P, N9 ]. ~

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
4 |" @$ [# b8 ?1 X

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     Y1 |$ n! w2 H
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : Q& f9 i7 M0 @/ o" o8 b& D, J' T
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 X' A$ X2 Y( {- z% ~
5.     {
   $ S- c) A( @3 k6 I5 r( w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 O0 e: j1 {9 ?0 r/ Q3 _
7.         return -1;
   1 s* S0 u; o  H+ j( N5 b6 {
8.     }
   8 ^- t$ x; @0 a1 S2 n* Z
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    . P) v7 m, f/ [
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 X. D* n9 d* m! P) V8 \
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    5 D. }$ N% t4 H! g1 ?3 M6 F; n. [6 g
14. }

复制代码

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：
0 O) U8 s# W* l7 c$ `& }' B
+ L5 U1 y8 T8 Y  ]+ ~* F0 m
% }3 R6 [. x( U$ w2 U! d8 v; e

1. while(fend > 0)
   
2. {
   9 X9 {4 s; r# T5 Z4 h
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 ?: Z# @( O5 x" ]
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   , |5 Z! G+ O0 ~; \4 d$ ^' Z" {
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   , f1 \, g8 U( C( U
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   7 R* P+ Y0 x2 Z' L, v9 v! y
10. else
    4 r& q! b3 s5 L) K; l  X% P- {+ U
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ) x, o3 J, X3 d% Z
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    , E% u* c6 e8 q2 {8 _* t- G! u
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 E' p- |, b% T- ]% c9 [
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ) [% [3 y4 O% T6 k& a2 V
18. {
    . \+ O. H: E7 r) F
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    : d, _  `- O- G& C- g
21. }
    $ ^; g. J7 V% y2 X& X
22. else
    , x2 ]8 e- U: ?! e% @% Y2 `  z/ s8 x8 T
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    : @6 g! m- T- x) N/ ~% q
26. }

复制代码

0 H* V* H2 E* O6 O
, D" }" H  X2 u. I1 [+ i. t' Z0 u

2 L2 I- m% b8 O, o5 ~
% P4 b2 [, t. w- D7 H0 [: jiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html