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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) k" J6 p$ t2 w5 m# L3 `! v; T. J4 L

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。

& z- O6 X5 a  h6 O- A8 q* f7 B

$ J2 a; a" q4 _6 R( ], \

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。

8 X8 }; I, H" J6 L% y" o/ l7 a一、HTTP网页服务器
, `& Q- o7 e; ^6 W6 z: U- `* M

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)
   ( z+ A. B/ Z, p# A
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 F- [9 l+ S. Q# S) a( N% 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);
   8 v: Q1 d* m% N8 Y/ j) f) q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   7 }, e, w: s' X$ d- D* _
9.     int ret;
   % X- D' m; p" x
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # T' L' H: w# @+ T
13.             return -1;
    
14.         }
    , Z3 {/ _% e( l, V8 C7 k% s
15.     int on = 1;
    ; Z/ q6 Q: F2 a* c9 `! j
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . o; }6 B8 g( j0 O8 {6 P1 w7 n
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    . K' B& P: b" j' @( Z8 [( b
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 ~& g# z/ h* R$ _+ Z( ~0 V
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    3 T6 a+ ^7 P- Z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    $ o5 v# U0 u0 p7 ]. r( `% d7 d
27.     {
    $ X. [, _% ~$ o- C9 [  Y- u
28.             printf("Listen failed!\n");
    & f! x( \. Q; A* f# U
29.             return -1;
      A# l) p) ^' l3 T; u
30.     }
    . g+ {8 D4 x# W- y; b  O! 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);
   & w% |3 I# o, B( p. D; l" S
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! B) r+ G* H- o" l& @! q2 {
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   $ F7 P8 e' N  H1 ^2 K$ X* N2 X1 ^
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 j6 n6 ~; F: P) u- o6 z: E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    & Y7 s# X; E$ \" Q% E, _: Z
12. 。。。
    + k  c+ |" q5 `
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;
   ) _- l9 ^2 M/ V& }3 Z5 _; j& ?2 m
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 G8 w, k  i- t8 p
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * d0 b0 q# L. I4 R  _# i+ H
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;
   1 o) [1 P  X0 D; f% ~, [8 o# V
3. int main(int argc, char* argv[])
   ( {6 a& X( N8 H6 d3 C% g
4. {
   
5. ...
   1 b3 w5 j3 P' h% [* W  _
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 ~( l6 a4 V- }5 {3 V) m" L
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. ...
    + h  o1 f+ l2 S' o' O* M
11.     while(1)
    9 `) l3 v5 }9 S
12.     {
    ( u- U3 K3 i" z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ; I; p6 y6 @2 a2 K- d
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;">
   5 {' m7 D+ R7 L$ c. w' l9 |
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" \
   & Z# A6 }1 X8 d! @! K9 ~  Z% O
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : @% T$ F- K1 Z' |6 R& P: u
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"
   8 S) w8 C& {7 |% ]4 w
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' y4 u4 ~7 v* }: m. X
7.     printf("preparing header\n");
   & T' v! I" L. l
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 ~. `+ r' g, U0 s9 O
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   & w7 e! b4 L  u, ^" n
10.             STD_HEADER \
    , i/ I/ Q) b' R) d" G* }
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; D2 E! ?( H% z
15.     {
    % e) V. P- r2 J& |
16.         free(frame);
    - g$ q5 b4 k% f( i4 c( h
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" \
   $ {. m. t$ r1 X; f; O) {9 F
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ; I5 _, d  N" J3 H# w; c" {4 [1 D
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)
   3 Z6 a& [. m: D! k' o& c
7.             break;
   8 Y) y( R! f2 z- k3 a1 v/ X: X
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % |: s5 O7 u$ |# [5 I
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) ^( k) u( Q/ V) H) K. ?: i+ }

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   % ?- Q% Z8 w4 Y% @! z0 j9 r# H
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   6 \4 [3 D' V( s4 S. F
4.     if(*socket_found == (~0))
   & t5 s) ^; K* a9 {. L* f2 E
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   7 `- w, U' t( h0 v
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + }( B4 [, x, K0 a; z  Z
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;
    4 t- v1 [/ B0 W! d4 Y* K) S0 d6 H
14. }

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$ o' J2 B% X+ v
$ [' h, e& c2 P' d" ?1 r/ H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：
. b1 f& P8 o" o; j. h
8 b4 H5 d: P% z) l

1. while(fend > 0)
   
2. {
   3 M8 V3 p7 J& t
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # b; }% Y7 q; O$ y' _5 N
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   - b0 {+ W5 p2 ]3 O+ W/ Z$ B
8. picture.fin = 0;
   3 L( \- y: ~) |6 _6 X9 {! h
9. }
   2 o; l+ i. P% h
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    & s1 g/ q* \1 [* W4 c. ?9 a4 z
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 X  b( B3 Q- e1 ~) y
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    & }/ @, b+ l  Y$ `7 Z+ l
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 d1 _! e. i  {
26. }

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4 T9 q4 ?5 D) L
6 z, H, t0 A& T" L( _) ?2 h

, o' N. G. Q) o$ E+ }1 S/ k' F
! s: M4 _% {7 M8 k) g; \iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html