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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8 t% q- a, }7 M/ N' {" s5 w4 |

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
/ u1 Z4 k4 L, [$ U! R
. m$ D9 e7 f/ ]: v

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。

  
  9 o4 b+ Y6 A# s7 N9 e* @. t

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

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. {
   . E; A! h6 u9 j7 B6 [8 [8 O
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   % c, ^5 k3 `& [0 R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   % |5 Y3 D) j5 ?- i3 I& G
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 H1 ^1 T1 H+ `4 W9 w/ i
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     x% S- E0 j9 d3 {/ H
9.     int ret;
   ! x* [4 @" L" O+ s  C5 ]& B6 I
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    + W8 N0 ]5 R, O  L4 q% ^) T
14.         }
    
15.     int on = 1;
      [% P$ _/ g& q; w
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
      H$ S  @* D9 B( `9 T  U4 M+ I: F$ G  v
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! N: J2 H9 X; R
24.             return -1;
    ; y8 k3 T0 W# f, u
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ J2 ^# [" ^8 P8 R4 C. L) _( U  y/ E
29.             return -1;
    
30.     }
    5 Y) @2 W& W/ G
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. 。。。
   ' _- ?; j: s) [, Y4 O
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + |( K% x- P6 ]( w6 `' E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 ~/ i# i: J" W/ B
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    * S. j$ `5 o8 \/ m0 S( y4 m
12. 。。。
    * e# \/ `" }6 e8 B! g4 W
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);
   1 y, E) a, ^$ I& z) u0 |
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   , R5 b& Y& D: R: u3 j8 ]9 V
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   , P3 T5 j& [# s- b1 ]( I8 t9 ?& b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - N! b( c& {& c, V+ s# \7 }
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   4 v" s1 ?. ~4 R2 M. X$ 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;
   4 f* n( q5 ?; Y/ d; @6 @
2. pthread_cond_t pct;
   " S+ _7 Z' Y8 g2 P
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   + M1 @* A% v" D
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; Q( ~! E4 V& M# t
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);
   $ y+ p7 C( z1 V; v' d
10. ...
    ) ~( {1 a8 m: Z( Z$ b  Q1 \
11.     while(1)
    
12.     {
    0 \0 i" d& t( s! x9 G
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( ^- i" f% Y0 r1 X6 c* a
14. ...
    $ f! O) K* K/ Q
15.     }
    % i- t$ j. H5 r. J# l/ L
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;">
   % v0 I2 ]- B" n5 p* x+ u
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" \
   5 w% ]1 A  C9 j
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   1 X" ~% A) M& T  }
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   , }3 c! b  I" U+ T: E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   " ]/ k. M  B/ v6 J
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) m6 R4 }9 q9 _3 P& P3 s7 |! q' |
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   4 Z0 Z7 i6 h: g8 i4 h1 g
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     n2 C% O. R. }. J
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   / ~; N9 t- s& ]! M( g0 w3 u9 C
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . b, V$ p- s5 `
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    7 F: y, C  K8 p5 D; Q
16.         free(frame);
    
17.         return;
    , b9 i" S! j( d( h; E
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.                 "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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   2 S; _4 {; k' r$ ^
7.             break;
   ; T1 G8 T" g3 h. S: I3 A( p7 e
8.         printf("sending frame\n");
   6 i5 |( {& A* f( X) Z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 _$ ^; r- F4 X: i1 I' _
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    : |' o4 m% }  [
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    8 z2 q9 _5 `& {
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 ^5 T. |/ l1 E1 s
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。

' U$ d7 N* i$ g) a+ q0 y

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( b( ^  A. y2 _5 s

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   2 g$ k* F# N6 x5 C- Y2 t
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 {' q' X  T2 ^3 r4 u
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 @2 \# w6 E3 y1 d' |
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   9 N1 p9 u% C$ `/ V, s8 a
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 G5 K9 [/ ?% f, |  a0 R6 A: V. R
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ; W# s  ^0 p. V5 b
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：
0 D- d; z2 ~, I  Z4 S, s

2 m9 u7 M  G* }5 O0 x: o

1. while(fend > 0)
   ' @  E$ \9 h$ m. ?+ {3 d0 d+ l
2. {
   8 U0 Y! s; |" X3 ]% b- g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & c! r1 ~- E( b8 ]* a
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   6 i, D5 C: ^4 P+ l3 G
6. {
   . ^" R( O3 m- P: a: G
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( `  F# _. A( H0 j6 Y& \7 B+ q) \
8. picture.fin = 0;
   $ d+ Z9 C+ Q" |# B. m. v2 Q8 Q8 l
9. }
   ; N% D. w. E/ [- y3 v3 |. V
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ; G  H" W0 v8 B) k" p  t6 A
13. picture.fin = 1;
    8 w7 M3 [2 i* J0 T; a! T: ~
14. }
    " D& z) L& Z. m  L: s
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 C- o0 }) q# [$ j/ K9 K2 }3 Y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    8 P& W  Q, T5 j9 e  D+ Z# `
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 q2 y: O5 `1 e/ y4 o: i7 i3 b7 p1 i+ L# _
25. }
    & A2 \! y& Q; n) A& k
26. }

复制代码

3 g- m$ M8 {0 U% I& a

% |" G8 f% ^3 e$ o/ y! ~. i
3 x  Q! O: T& k: a# K/ L& |% b8 \5 t; HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html