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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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
4 C( ?  ]: w2 L0 d& G. Z# l; b" p  k
. Q! _) r/ ]) z3 `$ V4 m/ w* E

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。

1 p* q+ B# R5 ~) `! P% K7 E8 O

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
2 v" g& L+ _5 o" X5 G

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;
   9 R  x* m% q- h6 ]: g$ B
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + W7 ]1 \, S4 a: Y/ L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 Z$ f/ ~1 J8 a  a3 j
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # Y# @7 K- C+ A: J" \/ H5 j
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    2 W- P; F& B$ n' r, J- J* L
11.         {
    6 n) Z2 _- k8 o5 W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 |4 [3 Z, ~( T7 ]6 O- O. o- K
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    2 m" n3 e& o# A
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' t7 M+ W; M* t7 _0 ^( V
17.     {
      O4 m7 V( y1 l8 O3 c. I% A% i" B
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");
    " h+ u/ E. t& z9 D7 r
24.             return -1;
    : d6 V9 Y( m2 ?3 V: g
25.     }
    ) S' n5 i/ m) I* i6 M
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    : R4 Q& F) M' Z: k- H
29.             return -1;
    8 H" C% ]& H+ S  Q
30.     }
    
31.     return 0;
    8 [3 w5 n1 h3 j; U+ Y: {- i$ C* z  w
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. 。。。
   ! {/ V2 r% B  P7 z+ t4 d3 h
5. while(1)
   
6. {
   & c9 I3 H) O! }& _4 F
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 t8 `9 u+ k8 O" ?
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   1 U6 W* Z, ^. k, U, d4 }0 m; o
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      X* W+ u8 L. b' T5 P9 n- u1 |
11. }
    , C' e# g& _# h# n7 k. I) a' y
12. 。。。
    3 a6 V5 l* v' K$ ~* H8 F
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);
   ; \8 d7 t: ^4 m, q- \
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 e$ q' P/ Q& r: H% G# G; F
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ J( {7 _# j3 x8 c7 W
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;
   8 l0 S) X* `/ G+ u  p; X
3. int main(int argc, char* argv[])
   * `$ X+ s3 C+ h
4. {
   , Q  D' j! U- S; c$ W- l8 e% {
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   " T$ E3 O' o5 u$ Y8 m' @
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);
   0 Q; P) q* D, m& p: r
10. ...
    8 H; _9 R; o* @+ c- l  h" b
11.     while(1)
    
12.     {
    2 H/ X& J7 z' _5 ?+ ]. T5 `
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    4 O/ U. h, n" b* }7 C- R* e
14. ...
    3 O  V3 G. C) j# z6 }6 ]. i- ^: E  H
15.     }
    ) x2 t7 |7 Z9 m7 m8 S- G$ {) U' }; i
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" \
   " ^. b- l* G8 ], p8 }7 A* s
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   4 A6 L- \- z/ @: P' [
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % J& c9 B# A6 |* }* ~8 f
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 u' ^( v9 s. a4 D7 N4 _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' v& e5 C! L) [( L3 z" A
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + a) I4 y, y7 Z0 T: o" p, k
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    9 j7 B% u$ a2 \  W
16.         free(frame);
    ' Z% E# v$ h& {( w; ]
17.         return;
    1 J+ x) j- w: j# M+ N0 q
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" \
   8 i4 b7 ~6 K; U- C* F# |2 X
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   / C, B0 O, v& [
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   + \2 \: t  c/ v2 w  }. U+ s
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 e+ {8 t% G; ^- ]2 N
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ) j. l6 h7 ^) A. X! [/ i% }
7.             break;
   4 |  s9 @3 `- N' H0 \' m" A
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , M+ h. v5 A2 W7 N6 I( R2 a
10.             break;
    , \. A) L. b  O0 A% G5 }! `
11.         printf("sending boundary\n");
    ' s! w/ H) L' e+ g) x3 o+ `7 c
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % P# ]+ Y6 n7 u  J6 r  J6 D
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

8 y/ L2 y% z5 h二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
" U. m' E" V6 ]4 _

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   # ~  e2 m, B. p' C% J7 E
2. {
   - S7 R  _" Z7 T/ U! ^; U+ C3 P6 H
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . j' [4 }0 d% r
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   5 d8 @: H( L/ t8 n
7.         return -1;
   . X' ?/ s% c3 O  y+ [/ U) V' G
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / e" s. q# r! t( u* H# K! @/ P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 c2 ?$ X: l. E" b5 |* D% k
13.     return 0;
    
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：
8 K9 d1 f$ {/ V$ f2 T
! M4 r: ~$ w+ U: B' _1 W

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! u$ F8 q) v6 o+ h
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & g! K2 D# H4 _( @  ?6 L
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    * U9 J6 l2 v  M! s
11. {
      T  W+ r4 n$ P2 y7 `! s2 `: Y
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    0 s- G9 \! w2 i  T
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    . i) i7 n& J$ _/ P$ [2 i
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    7 h3 w4 G- ^; o1 O6 {' @0 I
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : j: s$ b% \6 q! {% |% v  U
20. return -1;
    0 ^4 M9 E5 c% h! \
21. }
    9 D1 G% W& l$ j
22. else
    ' l# x; `8 e  Y  w' s
23. {
    $ u  i6 t4 y: V
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    % Z9 S; B5 @$ E- C- F9 c
26. }

复制代码

0 ?! L8 J: {/ W

! N- L. I* U4 r0 S; n/ J8 W
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html