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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- U* v2 `, A+ t! |! I% z6 W; p
1 p4 c3 N5 W* m* m4 X  H

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
% l9 f6 v4 A$ A/ o& g  m

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。

3 L# l. i2 @0 @' i# v

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。

  
  ' j9 L4 G3 U! e4 b2 x" e

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)
   3 u' X3 r& ^" S# u- R
2. {
   6 m# s  @- c6 E8 t' x) x. Y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 A7 m: B0 D) l8 @0 d! X; y0 J
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / Y; N1 i( z( `* W4 X
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 A* M' M& x4 g* X
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   4 b8 l( k9 w7 m4 p3 v* U( l
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , E6 k6 b8 s5 |1 \7 w) P
11.         {
    ( h+ R7 k* b) b' b
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / X/ h4 i% q1 J  r
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    0 V; k& ~" O% J! ?2 t1 ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # r3 E* C5 P/ J; {
17.     {
    ( H5 n; O+ E; x  e
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 s7 k) m4 X# P. U3 E+ w5 [
19.     }
    " N8 w/ K! @6 T. u
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . u( b5 _4 ~) a2 m/ q9 H
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " x. Q2 O- H9 p4 {- D; e+ Z4 l+ R
24.             return -1;
    ) A3 t! G# h' L. R
25.     }
    7 p5 x' l+ l0 r. j
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # d' p  n. f" t1 a  }! m4 x+ Q# S
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    ' U8 H, {4 s* ~' J( ~& 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);
   6 q+ ]' Q8 D* L% g7 ^7 N
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ) c3 E$ e/ h. l
4. 。。。
   
5. while(1)
   - H+ U$ ]3 u4 j' d( n3 h' w
6. {
   + @2 R% Q. i& o. m5 l6 M- o* w
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 Q0 S; g  S$ ~
9.     。。。
   4 s0 f* w5 C; n9 a+ o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & K4 @! F1 ~4 M" ~' K
11. }
    7 n. B# A0 A% p4 r  W
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);
   9 N  e* w, U5 O0 a- b3 `
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   . Y6 f8 F' u" V/ R3 R! e
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   , Y; \5 h" K! P4 ]3 S
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; c/ M  F# c- X. B0 B  `4 J
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   & @; ]8 w& v. \% y3 v' h: f
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 |4 f1 [6 b- \/ y4 n
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ! m) l( `; Z8 I5 r. s9 q' F8 X
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + w' f% {3 @+ R3 J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   5 p+ Q6 f- ]' j/ I7 Y- m0 v9 U5 E
10. ...
    0 |1 \) C- l: K8 R1 X
11.     while(1)
    
12.     {
    * V/ m; k3 d! B3 ]. `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 m' e4 c0 F+ K& D2 g  l9 ^
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" \
   & ~' Q1 n2 c' w* H/ ^$ A
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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   " @6 {- p$ l( Y, v; T1 a' g) v. ?
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 d9 m- u9 i5 r' I
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , t5 y* V/ a' n2 t+ c- }* \
15.     {
    $ O8 i: r8 K2 N. t) n; }* r  C% ^
16.         free(frame);
    6 S6 S! g  |& S
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   7 j; y4 }4 z. a6 q* u6 J5 m# Q: b7 h
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   2 I6 ]! `3 ~( K# }; |0 `
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & q( \: v# c2 b# T' V; {, H
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   8 m- {% g+ C$ n: v) S6 O
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    3 b+ N, S: u/ i
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % ^  }" f0 ^3 G) d) ~
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。

, U0 o7 q2 m9 G# K( y5 Y, _

/ V# Y7 c) [. Q( t6 M二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
3 U* p  V6 P! s' k7 J& g3 y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ( b3 j. L# \5 {$ Y  S+ Q" N: d
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ) M4 u8 a. y- r
5.     {
   7 C1 }  P+ P. I' ^5 @
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   7 o, u& v3 ?  u+ h9 o
8.     }
   * U1 q$ z  `! R$ Z& D
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 Y: T, }, W3 X, T
13.     return 0;
    ' k+ G% J# R1 m) _8 G
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：
) o- A% n# `% m/ D9 ?/ ^
$ j6 r, o1 M9 M% f
& V+ H1 g. P! q+ u- \: A

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 @2 G% D( A- L' K% k
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 J6 n4 Q! {: O  t2 Q
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   / G% Y. n; R5 s. n
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   & T/ k- Y& l" q: g7 Y1 G
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    " u/ U  w; I$ p- u
14. }
    7 i  [0 z6 {& i0 m7 C3 G- F
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 Y$ `# S# E! A4 p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    2 D( c3 ]' v. Z0 k
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    : F% x7 F4 B/ y' f' V- h0 ?+ x
21. }
    7 \& e& u& B! a- X( r
22. else
    # X! y4 u; b' C! W$ z1 }
23. {
    - }' F; y7 J' X
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

" |1 N6 w3 |0 Q
- T; A) k3 ?. C2 Q7 o

/ x5 v# Y  Z+ }. C" N  ~
" ^$ G* j7 @' ~/ t. s% c" [% aiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html