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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9 y# w6 v- N6 Z7 e" _, d2 Q0 |

) I. u+ W- Q/ S1 n  |7 B$ K

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。

! @9 a% f% t2 V1 N2 c; U

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。

6 ?+ D6 W4 n" n; e一、HTTP网页服务器
* F, c8 r; j1 E* a

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)
   6 G6 P) }5 V- C" }& w
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' a+ k9 l, Q$ H; m
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   2 [5 U2 w9 t- u; G5 U) A1 g2 Y' q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   3 J3 i* O4 D. V9 P, Y7 Z& u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    # p7 x0 Z- m' U2 B% F1 D+ t
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ( @+ R* W4 K( g# J- [6 j# M4 g
13.             return -1;
    
14.         }
    ) ?/ ], |3 a1 d! `
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 h- T6 B  v' Y  V
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : a4 a3 n5 G4 D& |( e# U+ b
19.     }
    $ z: m7 ~# K& M$ _1 \
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    " S0 L5 v# l# H/ X
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    $ Q: c3 L, N4 C. K, a1 e) r5 `
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ; M  ~' c3 }; X$ a, J% X2 D
30.     }
    9 Y( S; Z( a1 f' C7 ?& D
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)
   + a  \# {+ [5 X" c
3. {
   / W* o, x) K3 I
4. 。。。
   7 I! ?' B# [4 D; W
5. while(1)
   7 H% B7 }# r5 Q! c  P
6. {
   7 |; s& |0 @0 M& ]
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   % e/ s" {6 L+ H+ n- X( a- Y
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   0 q- c) m- l) z3 @- `8 f8 Z* }
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    5 k- k1 O- u7 {6 R! X
11. }
    / h# t- O, K: D) I, h) I2 Z
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);
   * m( t' y9 e; q& K" `9 @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   / e  U$ f) B$ y' w: [' x# l
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   & D/ {; e$ Z- ]2 i9 b9 t' j, C- K
2. pthread_cond_t pct;
   ' o7 I% d6 D: v+ m
3. int main(int argc, char* argv[])
   " b2 P8 i/ x1 ^! {7 _. \
4. {
   
5. ...
   ( b8 N; \  z! E7 _) M6 g
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. ...
    ( {6 F/ M; ~' c$ d
11.     while(1)
    
12.     {
    ( m5 W) S2 _- w" `  P: M+ a) S
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    - b3 k) Q0 I$ M' `; i  z( g, \; C$ z
15.     }
    % u" O/ b: p' b
16. ...
    ( I; J/ a3 C+ g# O8 ]5 ^) w# m
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" \
     r  C' ]* ]$ _+ o. u* Q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( @7 V8 I6 I6 [* F( @
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   0 v8 \, d, S4 {
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
     C$ e$ q1 N# Y
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 {& j0 z  q5 r7 q- D
10.             STD_HEADER \
    ( f2 N& e0 Q$ K) n. g' [: a
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % t3 p6 s5 O% E6 j& t
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ' k% R) ]& `) U% w6 I! J8 k* 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" \
   7 t& p* z; j" @/ O: h& I& g
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( ~; |5 h" u+ e' L
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");
   . k! I5 m/ f4 P3 g. f; A" v
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " V3 I+ o( S# ~: S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 d& u( {( q6 s  H: x6 g: U
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。

9 A: {/ s% W3 B0 M0 x# h2 D

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
& }3 g7 L- ^% U- {

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   1 c. [! z  i( |
2. {
   : a1 w9 d! D6 o2 d
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' D% _' z* y) t
5.     {
     o" K. ?; R( P6 P8 }% R
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 v. q6 L8 r( ]9 e5 ]/ n/ o) o
7.         return -1;
   
8.     }
   ' {+ C# @6 k: A1 q
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   " M9 l2 x& }2 k# Q1 H1 y, ^
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' t8 A; ?" {- G6 D
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " d9 X  M) S1 U8 P/ b
13.     return 0;
    ! h# M8 b* ?( }8 I& [
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：
- D' ~. i4 z5 q" W- n
$ X1 v$ O' ^, _9 _# k- m! _

1. while(fend > 0)
   
2. {
   3 ^1 o5 ], |/ \/ @/ g+ |+ {6 |: Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . {/ q% }8 m7 e3 X
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   5 O9 u! p- s4 ]( t
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   * p# ]5 c: q  j$ ~6 `. A" d- j
9. }
   # E3 M$ g* N0 T& w
10. else
    
11. {
    & z( v" s- I- z
12. picture.length = fend;
    6 B$ k# z3 L0 _" g
13. picture.fin = 1;
    % R$ L& c; K' ~) `! h9 q
14. }
    # a3 J1 z3 C; M* c3 [
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
      h: i8 P6 X8 G# p- b
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , x% s. s4 o9 D4 Z
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    6 W# p3 _2 j( t. E# u
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    ' ]! u. B) p1 Y# f, p$ `
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    % |1 ^, e  ~; W  D; d# c+ O3 {
26. }

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5 I" T& b4 q# l+ `

  z$ v) _' ^. a1 YiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html