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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+ Q' f8 Q9 j7 R# a: u. b0 V0 [

' I3 B) k' b. V& 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
1 s2 [) H, C1 ]# C6 Q2 [, l

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。

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。

5 D. ^( T1 B& P7 M  n一、HTTP网页服务器
3 y  x4 L2 O# d! _. c& t3 ~% t

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)
   . f+ X3 M; o3 u4 e* L
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . Q% z: x+ g2 g8 H3 ]9 S
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   1 c* C5 ?; m: N9 {
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 [, D0 t  U+ D6 {
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + h6 c( u% j) \5 z6 n% j
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   + d1 o5 R! z% z& Y3 P0 s: @' y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
      c6 }1 u0 T' @" S* V1 q8 i" `
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ; s2 u  d2 `- x/ E# b! ^! w
13.             return -1;
    $ l8 k3 Z/ K2 c7 N
14.         }
    
15.     int on = 1;
    * x: C7 d" u1 E1 L* J# Y0 Z
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      f1 A4 C  @7 c8 ?5 A! a3 K
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    2 e" o7 {9 [6 x2 [( j
19.     }
    2 l8 H& C( h5 Z% E. L
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / L, n) H% Y1 L4 \
21.     if(ret == -1)
    6 @5 T, l1 V2 P' m
22.     {
    ( V0 f  P& ~% a. E3 E
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    - S+ V, ]$ o$ m$ N
25.     }
    ' z( p! }% n' s
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    , Y4 S& Z: c4 t  w+ }+ V
27.     {
    6 f, I$ }+ W. a0 w
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 c! ~7 ?7 G9 D% a5 B) r% W
29.             return -1;
    
30.     }
    + i/ |+ }) H) e7 {
31.     return 0;
    6 u4 f# o/ I% @6 B4 u: I
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)
   1 m5 A- M9 W, |" x5 D
3. {
   9 `4 q0 ^8 }" I  E; w* x
4. 。。。
   5 h6 Q) s4 t( N- C
5. while(1)
   
6. {
   $ [! A: E& s( Z5 @
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   # z1 ^0 g4 G0 `; Q, M1 |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 x* q; i1 @+ h
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . {, }9 d, |4 a4 d$ h
11. }
    
12. 。。。
    " K) l+ X* R# T$ ^5 x# _
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);
   # |3 x& |) m- a! b8 `
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   * H3 F0 m  J  Q7 |  [! N% E
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) l7 b5 B. H4 ~' b6 U5 l- v: ^' ^0 S
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   ' J) w4 l# `$ J
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    2 ]% |* j) ]  T% Z' Z, H' @% x- r
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + b* P$ X' n' K" }. N9 c* Q
14. ...
    
15.     }
    7 f- @* D2 {, T" L5 A
16. ...
    ( L; F- j* L7 g# L' y1 y
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" \
   
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"
   1 L& O( y- K" o+ X' v2 b
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   . n) N" \# V" \( ^& G
7.     printf("preparing header\n");
   - Z6 O& L) p" }/ i5 f  }
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 M1 \, n/ O) ^) `+ |( z3 G& F/ w. c
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 m& J* _7 c8 X/ F5 [, i
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    8 _% f) K, C) N2 x+ R
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    $ Y. k/ S. n" s
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # M( P4 @0 U0 M3 O- n* k7 a1 M8 l: d# Z
15.     {
    
16.         free(frame);
    ; ~; r  I5 J: {6 U3 N/ I0 m* ~
17.         return;
    , |1 S$ X' e& @% X- 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" \
   ) E7 `; B6 h+ w4 N
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   7 N* F  h! |. Y7 b
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ( p" S2 H% ?! E8 g. e7 J
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 d$ @, O" L, F6 H! y5 l2 j
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
     ?- ~4 C4 f& |% C& ]
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ' _3 T. U# @- }
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    # y  S. j5 Q: Y$ }3 ~% g0 W
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # P" E7 a. \, s- r0 b
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 ^& }" {* s7 v+ V# k1 l
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。

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)
   ' j8 ]1 n* X+ |2 _; V  z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ! S# }# p) f2 W+ w' X2 S! e
5.     {
   2 R! L$ N! v" G2 u9 A9 c
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   + i# u  r1 e' q7 r6 {6 W
8.     }
   & ~1 W+ l; x4 |- W
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      J2 s% C3 r" l
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + e3 Z6 Q& ?& e
14. }

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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：


, ~; }! M5 `  U: f0 J

1. while(fend > 0)
   
2. {
   + j: p. U4 w0 P0 C) M' n, \, ]
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 s5 C* i7 m# D4 U& y1 G0 J" C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # }, H) |+ A; A( j  @3 j
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ! o9 Z3 W" A8 r; [( [* N' o6 Y
8. picture.fin = 0;
   8 y6 J& X& e+ D' l, t
9. }
   
10. else
    + n. S7 x4 Q4 ^
11. {
    + A* i! k/ \  {
12. picture.length = fend;
    8 E: \9 i8 c1 g
13. picture.fin = 1;
    , Q! D( A- o1 q7 M& j' T
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 P: n7 K8 ^1 w
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    * D/ _& R8 ~' D8 n
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    * a7 u; x9 c  S, \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; `! W  l7 m# q3 k/ `
20. return -1;
    5 ^4 D% n4 C' h
21. }
    / l) D' }7 q1 g4 d* [
22. else
    : s% ]; S* B2 d$ W) B! L
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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0 K; {; S1 }3 g' Q. Y5 x
7 ]4 {: H- f  f* [7 N- m6 E2 V: Y

2 {* a3 X) c" [7 u% w3 [
* e$ I3 G$ n/ i9 _. X& z. G8 NiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html