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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$ b1 q! w0 z9 a1 l

, K  \6 R! V# `4 `; ~

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
3 m, K% Q2 I1 q6 W1 G) d6 A6 T7 \

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。

5 C' K, Q8 O  x0 ^/ Z! D0 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。

  
  

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
- B* N, ~/ e' j2 Q- L

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;
   , J" K. O; R8 Y* @0 I% ?4 Y% {
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % d: S  `  i- ?' J. P9 T- D! F
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    $ q  v+ z$ z: B" V1 K. h; \
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
      e* U+ J' A$ S9 M; c) b/ p( c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
      m( G! J, ]% ]" f1 P8 }" R- b
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    $ U1 U6 x# F; y- ]
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ) z, c( C9 g/ S
21.     if(ret == -1)
    ) e9 p- b5 \& S; o, |
22.     {
    - P1 m6 Q4 |) c$ h$ _0 G: p/ t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ; s+ C( \0 h8 Z" Z6 l0 ]
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : o% O% I  [% a. K6 N
27.     {
    3 u: }/ Y3 s0 \( o" \
28.             printf("Listen failed!\n");
    % s4 X" ~0 B) s& B8 q
29.             return -1;
    
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);
   3 J* W2 M2 N, I3 r6 M6 k$ k
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   3 _. S; v3 ^' B
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 T, P9 P7 @! s% U8 \, Z. n
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + j0 H7 \& Y5 F1 F- Z# x' |- d" U
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
      `/ d( }3 K( H  `
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;
   3 Y2 N- r# I' S( z) _
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   , @( D4 D2 h$ \9 U8 O
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # k4 c; g6 H* w' S
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; z* U4 l4 Y7 ~5 O
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;
   ' f8 \# f5 V: E. b# V4 L
2. pthread_cond_t pct;
   1 L. x' p; k" ]' q# G
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 M2 a& b: W- C0 D: }2 b1 T
4. {
   * W( E5 ^" z5 f) }$ g% o$ [# x9 C
5. ...
   8 Q' ^  W' y& g2 b! |% h
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);
   * Q" E( c! P: I8 M( D" {
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    6 r7 x. j( y' _. B% d$ _
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    2 S4 A* c4 s8 }3 [9 k! ^
15.     }
    7 o# X  ~1 q- `2 V; W2 }8 G0 x0 d
16. ...
    1 G. G2 y3 M7 X" I' O
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;">
   5 s9 D: p9 r9 z& ]- t% `1 @7 D9 \0 w
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" \
   $ n: P9 X& z8 Z) A
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   1 ?* q" Q/ f9 c! J$ P
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; b7 b% Y  g; V1 a- v  R# [% z/ _9 I
7.     printf("preparing header\n");
   + [2 S$ z4 e. L) q: s1 m0 @- J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - N7 U5 }& y: c+ D) S4 m$ j1 T# W
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    * M% z- Y/ X# I' n2 T( `8 Z1 ~
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 }' k- v7 |  g; r6 v
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + U) u. A5 M5 K* _, y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    4 G" f* z- c5 Y. s# {$ x% p( Y
16.         free(frame);
      Y! I2 Y  @" C, C1 _, H- W* N* _
17.         return;
    3 W0 ^1 r8 U: o6 t
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" \
   9 M0 M% Z# m+ p8 z
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 M) ?! r  o$ @& x# Z1 e: g: e
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     c+ @$ ~8 l7 E4 ~! ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 }: r5 V. N' \& Y3 J9 q
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");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    1 b: a* O$ t- W3 Q! a% j
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( }7 T  R/ u, p: P! k7 E" R( x
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。

* k, S* {4 W/ B7 H3 G( t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)
   
2. {
   , A' r5 a1 I, H  Y
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     Q1 T* ^7 S2 H$ }7 I3 k
5.     {
   ) Z* s* f  o" u  ~5 A4 A9 `
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * L$ P4 p1 F$ @8 ?
7.         return -1;
   : b$ r; l! ?" k
8.     }
   ' \) I+ e  |8 c: u8 r- a  s& a& Y
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % [3 b& U: @  a- D# ~
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    $ o# Q; I7 W/ J, c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ! a5 U- _* h5 l, d! y
14. }

复制代码

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：
! i& p& A6 P/ l, t8 l  g
5 _$ ?( E3 G8 g: g- K3 ?

1. while(fend > 0)
   3 L0 Y& n$ l# l5 _
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 T; N+ _+ y6 ?
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , f4 C+ H0 J3 F) i. }" ^7 W
6. {
   - C# t: V% y3 V
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ! ^, J* f. r0 r7 j' j+ T) E
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    7 L4 D. T" U; M$ E. v' g
14. }
    : h+ q* Y2 S8 ~- [/ J
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 _* @6 `& W/ s$ X- }
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " e6 Z: U# }: N. w/ S# I
17. if(sendbytes == -1)
    6 Y1 T. t1 f4 l( i7 I
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . v: H( R) D' k% o5 C$ y3 ~
20. return -1;
    " W, w9 A0 k( a1 l7 g
21. }
    ' Z- @1 o0 D) y2 L( }7 X
22. else
    
23. {
    7 g# i/ d$ T6 U, p" Y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

9 n! I, U) k$ q, B7 c4 r' V' c7 L+ v1 ^
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html