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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3 U% N4 ^, R" t6 U" W

* U1 M# G) i& e8 }; A- N% T) R( N

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。

! N* g# C: v' ], A. U

7 a! M3 ]7 ~6 _

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。

  
  ' n' r, X0 _6 r: u7 c; o7 w" f

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
' Y9 j) T0 Q) d0 j1 i

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)
   4 i+ Q- \, n* `0 r, e$ V
2. {
   8 N9 M; }& v3 s1 q8 t; l
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % p  H5 V. ^" Q3 k/ d! W+ Q
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   8 j+ Q! M% c1 ?5 z( z- e( w
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " r# L5 r7 I; \
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 a/ `+ q. \0 e$ g" u0 `& z' j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   5 \+ `2 S/ n( \  Q$ k5 ^
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : h7 _& x& F" h4 g2 s2 ^
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    0 \0 }1 N6 i8 E! Q8 B! g
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 I% V" I8 H& }( C. d$ `
13.             return -1;
    
14.         }
    + E; n3 k$ m' w! X( K# ~, G
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 b9 \: Z. D+ C/ F
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % O/ O  a7 E5 q  i
21.     if(ret == -1)
    $ M  N' ?1 q2 V! {: w+ n! v- i$ _
22.     {
    7 n% |$ p( n4 q, C& Z, o
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    5 F( C, O; \3 [; K5 P+ L
24.             return -1;
    9 T- m4 c4 p7 e- O5 e
25.     }
    " A+ ^9 {% r' ^! F0 a$ ^
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - r& B: \% B6 ~# D4 K/ ?, q& ]
29.             return -1;
    / S% }3 X4 Q5 {1 h/ _6 l! L9 \
30.     }
    
31.     return 0;
    * f& f' G( h- N# g8 D+ C
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. {
   ( G) P; S8 }1 r  S/ i
4. 。。。
   
5. while(1)
   " n0 ?5 @4 R  J+ s, Z" G! r
6. {
   8 {8 K, ^: V' w
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / }# R$ r' g' Z+ N& l
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 P. I1 @% V& Z6 z- U* Y) y
11. }
    
12. 。。。
    " Y3 l5 v* @( ~0 Z" v: t
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);
   ! A; F- Q$ d4 `
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   6 A* z( Z3 U# V) R; k! o7 Z
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   / z: A9 I  |! 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   ' a1 A2 B$ f) o/ s) @0 a' j' N6 d
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 c* t2 U$ B2 x  j9 t, x. h
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   0 n* ?- R5 j4 u) T0 U! X1 E
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / `5 n8 Z7 U* C# h5 a6 J( M4 C
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    ! }( H# e9 O- j$ O
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : `. |3 H. D; g& e2 O
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;">
   
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   * r. k2 }* |( s5 {$ u- {1 @
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   " [; m0 P8 v1 W# I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , u$ O( ^7 M" L4 Q! r
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   $ @& g* G% K7 r+ m0 U  r- ~" z
7.     printf("preparing header\n");
   ; c! Y- t& @, p; r3 P
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & }: N% x# f- `# E) O$ o4 J
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 k2 H; j" n( Y2 k1 W
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 n' v6 N# p6 C4 u8 h# ?
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    / t6 s5 ?" ]" ]) r& C& X
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " q' u* X5 _- q2 ~) S- W: S4 X
16.         free(frame);
    
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" \
   ( i% l& ?/ |. ~$ s0 r8 g
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ! I7 ^$ h% @! r% P# H& k
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");
   9 W8 X* i! c& \- K( A& T
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
      v/ A: P- K! z3 }+ X; {0 Z6 j5 f
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % y) s2 M- L# `8 T
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。

. G, o6 r1 J7 l! M

, t, ~+ p! F  R4 C2 @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)
   , a/ `3 B2 {: K) {- o* @
2. {
   ) d: {3 {- T  Z) L" n* ~# a+ ^6 O
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 a3 @) s( F  @' ]
4.     if(*socket_found == (~0))
   & W5 D+ ^: b- ?
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * g: p8 q. D2 c- H3 }5 d
7.         return -1;
   , i0 l# E+ ]+ j3 h3 ?3 L9 l
8.     }
   3 J* ^5 t% H8 L. `- S
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   $ _( I. D* @7 Q6 j. C/ [  u+ T
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' i) ]$ W9 ]0 S5 P! L
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % ~  z; t) g9 Q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ N& W. @5 w& i  |) z
13.     return 0;
    $ o! Y5 X, B" |9 A. v& e
14. }

复制代码

8 g( G3 s  X9 G$ w& w; ^! n3 K
5 C. d2 O: A# \7 ~5 o1 f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：
, y) N  k8 K8 {% L9 W
& g, N  D# T0 {" a8 l6 d- R9 U

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! e9 K4 ?6 ~) K
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 N% |9 D1 Z- s! h: z, ^% Q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - d; ?: G# L3 i5 _$ V
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ) V& t# Q8 `. E9 {4 i) B
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    5 d- T0 V4 x9 `! L1 R
14. }
    7 Y% {$ l8 M8 s! C
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . t) t% {" a4 W
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' L) V. d. G1 w2 `9 j, ^1 a! b
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 r6 u5 i- Q, V1 y$ n2 Z' D/ f1 r. a
20. return -1;
    ! A3 J" e! c  D! k2 V
21. }
    # Y  f( D0 \, D: q2 H* J* {8 W
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    : z' a. D: m6 h% _" Z
25. }
    
26. }

复制代码

* E7 ~5 `$ l, Y) p( T
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html