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 M3 z" r5 F7 R! {3 L* ^1 r

; }9 e$ `- W: \. m

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
+ r8 b3 D. z3 F* S. @9 i, 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 w. _# [3 i# c3 u( e

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。

. j4 {9 X  d/ L8 a0 }3 }9 A- c% Q一、HTTP网页服务器
& y) \  W; D! v

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; `3 m6 X% L% U% L( v" e
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   9 D* F1 S& P4 ]/ }8 y" O4 W0 p7 Q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ! c' q4 Y) M. o0 E; D0 R: Z: |  s
9.     int ret;
   " R5 \8 `+ Z6 Q  w, f
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 q6 P5 `, |: q1 f7 V# V
11.         {
      J- v( X- M  ]5 E+ e
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 R" Y6 _3 }7 R
13.             return -1;
    0 b0 O: |7 w  C: F4 X
14.         }
    7 c: I& @0 u0 F: g4 V; X+ ]7 [
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' |- K# `& s) y3 x6 i: A; H) K) s
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    & e2 N  K' w) C9 x; ~5 u9 t
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    + N1 u# p- p8 `6 n7 a: h7 P( E; P
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    / J) b- }. R; X* T# q& @
25.     }
    5 C2 S1 F2 a' p* A: O+ r3 U  P
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    6 t: f! k% C1 b  i0 x! U
28.             printf("Listen failed!\n");
    # `6 G' {- y: y  x  @4 z* ?- f
29.             return -1;
    ! J. t2 A: b  P  K" \
30.     }
    8 [. e) q0 F) e2 i6 X, G& t
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);
   ) Y- {8 x0 y6 R1 y
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   1 b) J+ |5 |  X! M; L
3. {
   ; v+ P8 W2 v* f
4. 。。。
   
5. while(1)
   " I1 D5 ?" ]$ J- O" o
6. {
   ; A9 G2 S$ b; V* H; J
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 @! S# _* U5 c
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ; e& M0 h3 i0 o2 V. v$ m& m+ G! g
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    + r- t" \' ]9 r1 ?$ r
12. 。。。
    7 k( o+ O) D# b8 u
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);
   ' L3 S- f  }" F
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 m8 v* L1 L8 |4 b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / v3 R% F7 X8 p& B) z
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 Q8 e6 I2 i* v% }' a" T
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;
   . F+ L0 L) a: Z( ]" z
2. pthread_cond_t pct;
   # n8 E8 `8 a5 n# z# i. h
3. int main(int argc, char* argv[])
   ! W8 ^5 u/ {$ z8 M5 v. E6 C
4. {
   
5. ...
   5 J$ V- j3 n0 @$ T' r5 J5 j
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 X  C' L% ~" v/ k
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 D2 f- C/ |# r: @( f, H5 ?
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   & j, X# V' b) S, {# l' }
10. ...
    - C! j3 c; J( z+ R! n
11.     while(1)
    
12.     {
    . x, i+ t' Z& t8 {/ ^/ D" L1 P
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;">
   # J* |- U# W( f; ^+ Y' X0 d( @1 s
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" \
   ! G8 Y" E- `3 h3 K5 b
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" \
     N, E4 F; Y7 o1 T+ P4 U
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' |( C) [4 y  q7 `
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" \
   1 x# }0 ~; |! K; h4 m: V
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 M2 b4 f# H" Y  t) A
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * j5 `1 Y* [. T' U) m3 J9 M8 N  r
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ; i5 v; j1 C# S5 x2 M7 B6 O
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" \
   
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");
   , W$ O$ R; q6 J4 i
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ' z  h- L+ E) |% `6 U  X
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     z& ?7 Q; E5 Y% M# p: C- A
10.             break;
    / F* T: H) ^- D" m
11.         printf("sending boundary\n");
    . g' w3 h  l- i- K" L1 ?
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % ^7 U" H: P4 {4 j
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 f# F2 e# P9 v: g; B
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。

) Q  W$ |2 ~' f- Y6 v& l7 w9 w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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   8 U8 T6 B1 f$ w) |  V0 a( ?
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   4 j4 a4 o! j1 i( _* {0 ~# g
8.     }
   2 b3 J/ A1 J, P7 o
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    : M) a& ]4 ]0 U* \  B0 y7 K
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " g( j6 ^3 ?  ]$ D$ J5 m
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + K. Z$ P* |/ q8 R$ v3 y" v
14. }

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! C4 J% y9 }, ?; l# ]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 M. m" ~8 V/ @) y: n
7 @5 e! g9 i; l9 E) p- R  M+ @

1. while(fend > 0)
   $ r! M! w) [' ]* w* W
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % M7 X9 f# J8 b6 b: U) Q9 S: w
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - {$ F. d$ N4 g% n
6. {
   ! }7 t$ {) W7 W* `
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   - ]8 d" [+ b$ J2 a; O) w8 A8 ~! ]
10. else
    . E' T/ B/ V# Y4 _4 i
11. {
    2 S, w# ^/ V7 W( J3 \
12. picture.length = fend;
    0 l- {, D/ w+ _9 Z
13. picture.fin = 1;
    : l) ^; k( e( i0 K5 F3 y7 a, V
14. }
    & ^; \# w9 C- R
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # b! r$ u6 f, q" `. [
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");
    7 X5 k, x, g% K8 m
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 c3 K, N" W5 u: u3 V' ]0 G
25. }
    4 O* x( f0 L3 i4 y& G
26. }

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- Q6 [( V6 f$ K. P  XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html