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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4 u7 j5 D1 R9 t, F  j9 K7 l) H

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。

# h) k9 d6 C% p1 }

$ }' v9 x' z' c0 v2 G' m

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。

  
  - b3 D, Y/ P/ M) Q- R& i8 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。

一、HTTP网页服务器
, m3 ?% m2 {7 D1 \% m- F

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;
   : S% ]8 a- Q9 R! t% ~7 r2 Q* \9 s
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   % h  L+ E1 y. f
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 }3 b- l. s* g( B( H9 }8 O, ?
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 n/ {% K2 _2 A& ~4 W1 q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    & J1 A9 Y2 I7 U3 ?
11.         {
    : f4 }& a" w# V4 [; ?9 b# S
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # B% o0 m3 |5 b* W
13.             return -1;
    ( [. s# a: F+ H2 h, Z/ H' _
14.         }
    & B0 }+ u, V) W& G4 R
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 J' m, h! A: J6 c# S
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 n  J: j# n( M/ a- N
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    5 s" G) P7 [' ]9 S1 Y( Y. ~
21.     if(ret == -1)
    8 I# t: Q  \6 o& V2 S( U+ f
22.     {
    7 p6 O' w$ ?+ O' X& q9 K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " D7 e  s" S7 V' ~4 ^
24.             return -1;
    3 a2 I3 f. W/ P8 X& Y; J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " h4 _( f" v& E+ u" \% J
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 U8 t( q% U) d+ l
29.             return -1;
    5 P$ V% `; z0 Z* M
30.     }
    
31.     return 0;
    3 v( c4 D( b6 Y: o
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);
   + z8 ~( w0 j# C% ]! w
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   % F) M3 f7 q* E
4. 。。。
   % x$ ?; d$ n! Y$ k% i0 F
5. while(1)
   
6. {
   9 D& G  r, O; V8 W7 D9 s; ]9 [
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 U3 |; ?/ V: ^3 A. n
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   " A- Z+ m* a$ k7 @
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : O' J3 R6 k8 ^
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ; C% z2 w0 Q6 U
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   / ^0 y" ?5 n) e0 Z
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % W( M( l  N" q* c+ I
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   # i% ]8 T! b) I9 C5 s  g# ^
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 L& U6 V3 `) U
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    # g* z( o6 S" W6 o# G* b7 \& @1 ?
11.     while(1)
    ' C4 x0 Q5 l4 w. c4 r( s
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ' u" Q8 _* L8 l" J, j2 S1 n
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;">
   % U- x4 q: |$ o) j8 O7 m
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" \
   + b# I. {) N! F( v% Z; ^! i
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ) P% U7 P* z- Y6 h" d1 e
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" \
   / W; S8 {% Q/ J
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ) A/ s! E* [3 d( V& x
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   # g. L- k6 f, |& \& n- J: }0 D
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 G/ l& c* A( H: |( ?
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ' C& u* O4 k5 g6 A
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 A  w& e8 F+ c; `' y/ R% o
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : Q, H+ W' t4 W* {( i
15.     {
    8 v# \& M! \$ j- A( O
16.         free(frame);
    ! o6 {# T. N9 v0 D7 D$ M# Y6 n
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" \
   1 R# g2 I$ S+ s, W
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   , t8 ~, B4 A6 W& E# Q- L8 S
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)
   9 b+ K) t  D5 i! w5 x5 j
7.             break;
   + o& M, b, ~4 x8 a: _; }! u9 q
8.         printf("sending frame\n");
     }" p& [5 H) Q2 Z8 m
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    / e) O. [3 l7 m) g& m5 J- |+ y
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。

/ E/ C) w: ~% X- X$ _( O3 I% x% x二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( T3 t! X5 M2 W: x5 f

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % r% y  T, }% Y( q5 Q$ {
2. {
   ! ~1 i3 F# @6 x7 m( O* K* x" r* K
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 A# W- a! P; r4 c5 ^: h3 x1 V
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! W. h1 [) p9 ^, n! J; @, M
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( w9 Y0 T+ |4 k$ A
13.     return 0;
    + F$ P  Z) R/ [2 V8 F
14. }

复制代码

. w0 n! }( M; {4 C& v  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：

9 }7 }- n4 I0 `# T8 @5 @) ^0 c( q
: c8 Q3 B5 C2 a

1. while(fend > 0)
   3 _/ C8 ~3 q9 a7 }' Q
2. {
   8 \- }% j+ J. b4 \3 `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   * m2 }% n# Z" P9 F. m1 q
6. {
   1 @; T$ k, g5 F6 i4 B0 y, R
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
     u  ~& \; N* W% W/ L. G
9. }
   ' u! ~# M4 V* f2 T" G
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    , A: g. m- R" O& C# q  z
13. picture.fin = 1;
    ! \# t2 J0 n+ J
14. }
    + b# {3 R* m( I( z' A( F
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; u3 a6 u# [# I- _
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ; |% E# }. o* m7 h" c% R
17. if(sendbytes == -1)
    ( J! P1 H2 w2 `; e+ R7 D" k
18. {
    7 ~; a+ l6 r; T
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 g2 f* g' [% P! @# j
20. return -1;
    
21. }
    / F3 i8 E* K0 _2 T7 _7 `! y
22. else
    ) A# e- d+ \# R$ |0 C2 k
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , ?' _6 P/ L+ I* f' H5 a
25. }
    . ?# ]' C) e& N3 e
26. }

复制代码

! r2 _" M' I0 S' A6 _+ HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html