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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; R& ~2 ]) C+ M- x: l" N

5 t; ~. J3 w7 q  U' Q/ U! F3 {

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
+ P2 Y5 A2 z: P% J# \( ]9 g

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。

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。

  
  5 Y6 Q( Y5 h  B) h& j

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 l! s8 l4 w- z0 h* x7 d( y9 H4 \一、HTTP网页服务器
# [! \1 Z& {% [+ V- f/ e0 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)
     t+ W2 T7 G1 u  v2 k
2. {
   9 ~: a4 X( c3 Y& z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 F" B0 ~; |' Q) `  h
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   . Z+ q. K  r4 ]- Y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ; {5 j4 w% V- d0 J
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    6 y0 I8 d3 D* s. k. @2 p3 U
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    " z  V# S" Q6 [5 H1 P! z8 Z" [/ D. c  [$ @
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / o9 x6 v5 d  p$ t$ \0 u0 b2 g0 |
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ' H$ B5 C; }" w
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + H, D( s' u$ m( D( y2 l3 k/ l8 O
24.             return -1;
    ! d% k5 @! W3 O! D) C8 F) ~
25.     }
      W6 M, C3 {  l- a1 q
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! H& K1 x1 b$ R5 R9 J+ |8 M) I
27.     {
    4 i3 y. D& U: [) X2 F8 }
28.             printf("Listen failed!\n");
    / w* U" C# r* `
29.             return -1;
    : `. B. F+ |+ U3 t$ C! r/ a
30.     }
    2 V9 y9 ^- B9 a
31.     return 0;
      R1 f# P8 ~8 p' a! J9 p' b
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);
   ) a2 p8 M4 G0 w9 x2 _- n7 q, _7 d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ' L( y0 p: @7 ~, _7 F7 d1 T7 P
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   3 v. u+ T* [* i. x, i
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   0 b9 V! Y1 Q+ P& E! _; {
9.     。。。
   + E; Z, Z# s/ R; e
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ [: x! j. M7 D
11. }
    
12. 。。。
      ^+ U* _! F$ W2 Q) W9 Q/ u
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);
   & f4 z% d6 |7 S
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   $ \4 v/ q4 J; g$ L! b7 J9 F
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 v5 O! N( K( Z  w# f4 |8 _
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 D" N) i5 f! M* ]# j
3. int main(int argc, char* argv[])
   " t0 k: d" _3 w
4. {
   : {1 i+ g9 }* B+ R6 K" A8 g
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & X* B; J4 s( K: w- o, H/ k
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / f; o" ?( J0 g
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   % J  C4 n! \+ q
10. ...
    
11.     while(1)
    , |) ?( ~1 C. {6 k$ [" p' Z& P/ H$ U
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    - e3 n- e0 M( j1 ^8 q% a
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" \
   , t8 C5 z" w5 v& u4 W4 _3 z
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 M1 Q' O1 o" }% X' d9 k. l3 b
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   , s3 l0 n5 ^% e9 @% k& K1 ]
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   / Q1 Y2 \& h( U
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 C. Y& i/ Z  B$ U0 [# y
7.     printf("preparing header\n");
   : D7 n' |8 w1 |8 X9 T
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   - j: b- w2 w7 {) M) W6 ?( @! ]
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    & o5 l, w, H. n* c7 b3 i+ P; q4 b
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & H0 o$ Y  U1 q0 n# W7 r
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 [, n. n1 a$ S6 S9 t, z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ! G* i7 i) `+ j, l" R5 Y% O
15.     {
    $ P  A$ `. t6 ^5 l& d
16.         free(frame);
    0 W& b- o0 t5 M
17.         return;
    # |) W7 j: s% v* G0 b0 M- G; |. k
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" \
   , {$ H( H) N; q0 @
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   " ]% u- t2 p4 c1 v6 `
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 f5 O" u: d# @; l4 i6 d7 Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " @; \% c$ Y. M5 F7 {+ Q. P
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 Z# u6 t' u9 F& h. U
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   1 A0 t3 G0 v4 \- q0 ]! c
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   7 b5 [" j5 |4 |' f% G! Z1 A: l
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
      f# Q3 t- p2 Q7 ]7 O8 Z2 d
11.         printf("sending boundary\n");
    . z7 W8 a4 k: J2 I
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    * I2 o" Z! X1 I( H
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   4 Z$ t# W' |& E7 }! s: P
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ' w. n  o# ^/ V( u. e: `# V+ `- L
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   . t2 |6 ~  {' m
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 L3 p  U  \. Y* L3 i; P2 ?
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : D( M! h' }: V8 u4 G
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    * w$ P* Z) u7 |0 }! R
13.     return 0;
    3 U; N1 v* R2 G8 `  X
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：


" T) O, }: h2 h! B

1. while(fend > 0)
   - C0 i8 v! C0 \) B& X
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
     Y$ \9 X9 S( }
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   $ K# V; K: d' |' s
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   8 ^3 u8 ~' r8 Y  w( c1 C- X' ^' \
8. picture.fin = 0;
   5 a2 J( d9 Z: [& {2 p: }; a4 S
9. }
   
10. else
    0 i, k9 a: V" h' z
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    " q4 r6 q/ B' D6 K% P
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    7 U0 v- |7 a+ g$ b
17. if(sendbytes == -1)
    , k2 S2 s( L3 _+ L5 J* J
18. {
    / H$ e$ g/ K" i4 X4 q
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    / V! W1 J9 ^* K# u
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    ) z" W! c$ K7 E
23. {
    2 v% [0 P/ e0 C9 b) c! G
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ; ^; r' C: x! \  N, q, Q
26. }

复制代码

1 h/ A1 d; z: I( i$ o3 {
3 Q+ W: D* y8 @6 b

* s- T2 V6 v: r
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html