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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+ U7 @% Y4 m% ?, z0 J6 p7 d. Z

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。

- I/ q+ Y* U! m5 _

% p( i2 U1 @$ P' f  W  {' U3 C- \

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& |8 U$ m  w$ B- w2 I

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 B6 L$ a6 J3 B" @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)
   ! u! Q- @+ l" s- u
2. {
   " D# e8 z) |6 m8 }$ B
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   & G4 G8 a$ _& P# L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ( o: r: c. x% ~$ z# T
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * S1 C& X: N# {( A
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 u8 K$ G$ ?) m
11.         {
    " {/ i! b. [6 Y9 _3 r
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 s& v6 c/ b' @" i. m
13.             return -1;
    . n2 O( u+ I6 U' [3 j. [# N
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ' V9 Q, s. G9 R% G4 E
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    " B. U8 O4 g7 z2 E8 {8 F; U
17.     {
    " _% E* _: W- f" ~
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    ) s: p$ I. ^8 U& d9 R
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    $ @$ ~/ r8 O# Y' O
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 L+ H( d8 w/ |" k8 q
24.             return -1;
    ; ]# O2 ^8 C" Q2 w3 P$ {5 N
25.     }
    0 r. p( W+ X" y# R5 v3 C/ J
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + l) Z* ]. y* n6 q  K3 ]; C( n
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ( t9 \# d+ O& {" M* `5 d
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. {
   
4. 。。。
   ; q( o: E6 Q. r/ W
5. while(1)
   # s; W0 i+ }/ ]- e  E, G, R
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   . M- O! W, {# a) {* w, [! q1 @
9.     。。。
   % b, I/ L6 s+ Z7 d1 o9 n; ?! V) v; {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 M0 d- M1 F1 w! g0 L: ?
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);
   , X1 U& ?/ x, \8 p
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   % Q; u0 y( h/ e! S  ]+ K: \- K5 U
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " L% h- G  X2 X: G4 r+ T  a
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # J( V; ?& e8 L$ F  E( ~/ 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;
   % e8 Q6 c, ~' H5 x) O. ~
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & |: E: y1 b9 t/ G  S2 Y
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   # d( c: s$ W8 ?9 |% }2 y
10. ...
    
11.     while(1)
    3 Z+ S/ |) P0 F0 h
12.     {
    
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;">
   1 @! s0 _5 R$ N7 k4 r+ u2 F5 G
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" \
   * e7 ~% @# B; w0 g5 u% j) E  x& J
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ( h: s& ~$ f; a$ C3 c
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" \
   / [; P' J) x+ O) b4 G( ~' U' A8 k
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     Q- ^4 p' G( C) v8 G
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   6 e1 t- A  @7 R. N9 e
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : _% q5 r1 Y/ i& F  k6 r/ \8 r
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 ]/ @' ]) a2 R5 P- I/ Q' i
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ) Y1 k# X1 a) D7 b" H, z$ D0 `2 n2 B
16.         free(frame);
    ! E4 o, L! X2 P
17.         return;
    . x: g, r! Y0 J3 _# g0 d: p+ \2 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" \
   3 J3 I% R3 c: v% o
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & n! l0 Y* m- A4 m8 Z& T5 j. @. \& U1 q
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   6 q/ D; t  f5 M% @
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 R( i$ E% f' w7 n: Q# i
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' |1 T6 d+ f, R! t( b2 Q! y; l$ V9 k
7.             break;
   0 e+ ?: ~7 `+ D. C3 c/ _* f* g
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; `4 U0 `( A/ X7 P6 B
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    1 `+ ]+ M% i0 v; K
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & e) T& N) e+ C* L  x
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + v* Z* A$ X& o! D4 O. A
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。

1 `0 s; u3 g2 I2 V) Y9 v  p3 l

& s$ F& f2 P6 N* t, l1 z9 R' @' s' B( J二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
3 W' g) z, ^$ a

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))
   + {  ?4 G* C7 {
5.     {
   3 ?, O0 z- p/ V& M  Z1 O5 p: H
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : d7 V2 K3 k; i# ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ) |) w) M4 c/ _. a- o' a& C0 X) q
14. }

复制代码

$ r, @; D  z; A+ F+ Q* s0 D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：

, T, d3 C. p& {' I2 o

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) l" @8 j# e& E
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 z3 r4 ]: z3 ~( E0 ]1 Q
6. {
   + w: Q. }& N; l. l
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   2 v8 w: x- S/ Y5 S7 }
8. picture.fin = 0;
   7 H% V. {; l# L3 z
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + O, {4 _% P7 o! m
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    # _( o% L' M: q
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . L, r' J3 L& z# n7 K; n. j1 ^
17. if(sendbytes == -1)
    0 U. x* X6 Q4 }
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 T1 D. ~& `! v- x! x" l% B# ^
20. return -1;
    " L, ?( r2 N( \; f5 L( j) M
21. }
    9 F) b$ a" @' o1 ~9 Y$ A5 Z3 D
22. else
    ' L2 R8 u" T& w4 `6 z. v2 @9 c
23. {
    9 v! b* B8 k" Z" O4 K2 ~7 N, ]% v# i
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 M: h3 v& M! R. K) D0 O' C0 _
25. }
    
26. }

复制代码

% k* L7 G' H& P: Y" \
* a# ?# W* ^7 W5 e9 L0 E5 Y

! V" K* m1 x: Q8 K# Y" kiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html