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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6 A. V' O( `8 u! |, n7 V. q: w" i
2 D5 i" ?- D: {& 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

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。

( X5 }9 G8 X: K- F0 R) [3 ^. o9 S

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。

  
  $ F0 m7 A. m6 l1 O/ C3 g$ ]5 |1 G# g

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 D  ?% U0 ?6 q9 N" F% E5 }一、HTTP网页服务器
$ A+ x! K: X: H  t' Q8 o

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)
   " _& [" ?# {8 b% B/ P( ^
2. {
   3 w$ h/ E1 c! T9 z, t. r  S
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' \1 p9 S( [; o: K
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   6 p2 K5 ^! C7 {  P3 O& Q- u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , w( S7 Q0 [( _) g
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 M( Z& l- Y! {& ?
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     m# V3 E1 t# p  w( F
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    - X" L$ ^* v/ w& \4 ?5 S2 ?
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    9 f. Z  Y% h- F; I4 n
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ q& t4 u5 H* ~
17.     {
    6 x. W. v. _9 |: ]5 T8 b4 [
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 w' G$ T) a' z2 a8 T: z
19.     }
    0 p; t  @& C6 ~0 }! x+ z2 i
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    2 f; Q7 l: t9 q- I
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    & A. J' y9 M" V& c. p/ m* j
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      g; t' e4 z* k/ T8 N
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   - Q) T6 R- N' K3 L3 ]+ z# n% @% S5 _
4. 。。。
   3 i- B0 f0 \6 w
5. while(1)
   : D/ Z6 ]% x7 C$ r2 d
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " f( e+ H  G  ~% [: g; x8 S& J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     Z1 T9 r( _) l8 r8 J: O7 G) t
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    7 ]  q2 M& b( m- u* p- k- l
11. }
    7 n, t! H. u* G; z
12. 。。。
    8 N: M+ r! m& L" H
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   / p1 L  l3 O& S4 V- J. j6 g5 D$ L& p
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;
   3 |8 R/ x% d( T
2. pthread_cond_t pct;
   + D2 W/ ?+ z3 m* W& z8 L
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   0 v& u2 I. S0 Z8 g# b8 k
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   " @$ g# b! R* B) `( U( b
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' k; _+ G& _5 Y  o9 W
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);
   7 Z* \9 D, \0 I. D: K+ E& k
10. ...
    
11.     while(1)
    # t7 g) ^+ Q% ^) l
12.     {
    , }1 i: o) x% D& d+ T, Z3 c
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + x6 _+ `. |' t$ _( g" [
14. ...
    
15.     }
    / ]& X$ X5 f. ]9 X/ U2 A
16. ...
    / F  W" U% d+ N# }' `
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ; n6 v' w' J- ~, F0 r' u- ^
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.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   8 A& F6 z* q9 d3 N- t
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" \
   3 x- u1 N4 O7 F# }5 ?! v
10.             STD_HEADER \
    8 U* o3 b" x& W6 |) Y. @! v
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    3 a3 A) k" t0 C
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 J* a  Q8 `/ X2 h" R: V: N
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 g& t/ ^$ I4 P( N8 O+ N1 L
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" \
   9 U; W: p5 c+ p$ U4 w! R/ v
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ! U: l5 V, @% j
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " a; z. _2 E" p8 M
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . ], O) p3 p, ]
7.             break;
   , b5 X" h0 W5 G2 h6 ^  M
8.         printf("sending frame\n");
   ! O5 @( B* T: h$ T# N9 H
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   9 R. f- C% }+ z3 i
10.             break;
      u) U0 j3 V3 h4 C3 z* U6 k
11.         printf("sending boundary\n");
    6 J9 K2 Y  M: N" y) [  \( f5 [/ @
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 a( }, D( @' `" B- \8 v9 U
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , @+ B7 W! O4 n/ b/ W" Q  u3 y9 s. K
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。

; F) z0 L, C- j% }$ {' W6 O& Q

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
2 @: R; c! k- U6 @  i

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   4 [6 Z1 s; Z8 H1 u1 w/ G
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 ~: V/ T7 T( @
4.     if(*socket_found == (~0))
   % ]6 ~0 N: y: r8 c
5.     {
   9 t% x; Y: X; w
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   7 F2 A  z7 U0 _1 Z
7.         return -1;
   / h% k! k( u- d
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + T) B' @( Y% c9 N2 n! O6 @
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / D  Y2 W7 P& l4 g* G6 M4 q
13.     return 0;
    ( [% q9 D; j# z! }! x0 Y
14. }

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8 ^. o( v% v/ o$ @0 q5 T. O7 I
) v( Z7 c# V- g) R: @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：

  o* a; |% H4 V+ D" ^
/ j) q" V( e9 H2 b

1. while(fend > 0)
   
2. {
   . S- Q+ K  V6 P  f8 ]. e! m
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   " c; e. A8 w+ B$ J$ M! ?
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   * B# w) l7 g7 n* J% T
8. picture.fin = 0;
   0 z+ {2 S# e, ?( c5 _: F
9. }
   
10. else
    8 a4 j/ g1 {' l+ u( A; m/ W+ u
11. {
    
12. picture.length = fend;
    " L% V7 c  D7 M, |
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    0 S2 o2 h. L+ c, f
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( t. {! A/ k$ ?' Z/ |
17. if(sendbytes == -1)
    5 C( \" B; Q: R) ^, x; w7 ]! E
18. {
    - U/ x: n3 U7 e$ e
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 f: y+ ]" s% ?+ Q' i
20. return -1;
    ; B# x1 l- \: }5 j
21. }
    8 c9 x, Y! }+ @" m" g
22. else
    : u. f( o5 E2 J: w7 E' S4 |
23. {
    2 X8 ^. u5 r6 m1 c
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    0 R& v0 ^5 F. q2 @0 k  |
26. }

复制代码

% ?6 ?/ {, ]0 v9 g% fiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html