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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  h8 ^# Z+ O3 S5 H
; Y2 I7 l. A4 E  h4 O

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
  K9 w* B! O* A  }- s

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。

; e1 k3 J3 j9 k  w9 b+ d7 {5 \( J

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。

  
  . \: o. c6 A+ A8 |

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)
   ) `8 |- l! \$ H, |& O6 B8 ]$ b# A
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / ?) X' V" Y' x
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   8 _+ H- s- y* u# e! ~! T9 _, H
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' H$ ]2 m4 ^2 G2 r- k1 ~
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   3 ~7 i2 h; }7 v7 [$ G
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / u4 V+ H) }% g% [6 U
13.             return -1;
    7 A, D% f. {- Z; Z6 U
14.         }
    
15.     int on = 1;
    : p2 Y* v# x: o/ p( o4 J; P
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . a1 M5 ], t; z* E0 ?8 ]6 R  `
18.         printf("setsockopt error\n");
    + u% M  I" Z6 z* A: p
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    5 U$ ?( |, _' C0 Q/ n) a
21.     if(ret == -1)
    ; i* w! I: M6 m# u, c
22.     {
    ) D. g* F: ]1 Q! `6 C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ; r3 \& O/ J( k/ C; E. o* A" L) T5 ?
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " t6 i  `4 Y4 B% V. s* f$ h* r
27.     {
    # ]9 O* z- t1 `. R$ ]+ ]9 D) y  D
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    0 C5 [9 d1 x8 E9 k; ~. x
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)
   ' v" g8 F$ V. t% |3 @9 U$ A/ O
3. {
   ( }% z* q3 g) J6 `2 H& E2 y5 `  s
4. 。。。
   / @5 W. g( b0 U9 R/ u, o8 b
5. while(1)
   * c3 K: P* Z3 l
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 V* ?, ~/ K* X3 p: G3 Q
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     y: ?4 G5 {% m* R$ v, u
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    - Q! T2 M. A( @- \  [7 X  n
12. 。。。
    . B- n% _3 x/ f& i7 J! b
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);
   7 I1 u9 @6 U& ]
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   & S) `4 m( ~& u8 O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 T5 L8 a% q$ @* B
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;
   ' m8 c# D" E. ?5 M6 P
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 Q9 i2 k! {+ {' a3 O6 X
4. {
   , C8 e# r& ~- s$ X  i
5. ...
   # F5 }5 R: f- _0 ~- D
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);
   ) ]7 s; G- q6 B3 c
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   8 j* H  U4 t0 {+ z" X% V( S# C" W
10. ...
      K" ^5 G9 c! T( _4 b0 w0 C
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * y# r# T# u% I3 g( l$ L
14. ...
    ! ]) p) W( r; [( M3 O; p
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;">
   1 h, n8 H5 \1 H& {8 y: u% `& n3 L- D
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" \
   - M$ D8 F$ X4 C5 d' k
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   7 K9 D$ ^3 I8 q* }
7.     printf("preparing header\n");
   ( d) d$ O/ N4 f: H
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   4 Q$ X' ~+ u* v( g
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ' p  T' ]2 D# p
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    4 ~4 ]& H) [2 t8 j# G
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , i3 f, M# U+ d% P; k3 V
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ( W2 l# T$ g8 \8 o$ h3 }
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" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . v) S' J) q+ \
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)
   0 u3 b* w1 u; ^4 D& G
7.             break;
   8 g+ I" j; R6 e
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    . F* H: q) d: z# D
11.         printf("sending boundary\n");
    " e, N* l* i% v# r) `$ P3 ]% m
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。

& }/ G- p- b4 P4 F3 Y; p" v* N

2 B/ Q9 l& h* O" F1 O6 H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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   - N& U- x: w4 R
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 M8 }( A" y4 x  _: R  x3 d
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   & w3 S2 D- K/ f3 E/ }4 a2 J
7.         return -1;
   5 d; q& g1 `# s7 n" O9 W
8.     }
   8 s/ Z; {% ^( u1 o, {! d& N
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);
    $ y5 e! B, Y. `
13.     return 0;
    + W" y) L9 L- Q+ m! l
14. }

复制代码

9 x# R/ s3 E0 c& b5 ?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：
. a5 z4 {$ Z5 R; s9 s: \: J8 @" H

7 I$ r' E- G! x! o# \2 N( H: {5 F3 E

1. while(fend > 0)
   6 ^& ^$ t) s. S+ N2 |9 t3 K
2. {
   % R5 A0 G  [5 v: L6 Z6 W6 u6 D
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # H1 X, n2 {9 |! c
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 H" V: P2 Z. C2 ~9 p) s
6. {
   3 w) v( t9 W6 N. b) @6 Q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( Z2 T5 G, q. e# {
8. picture.fin = 0;
   2 C3 }! g5 ~' e" n: n' C6 n) ^
9. }
   / _: ~. |: M. w
10. else
    8 Y- R. v! a- z+ J- n# t
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ! g7 {. @! a" p# e$ e3 r
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ' O6 F9 K8 O4 x
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      q5 W+ u# @* o) |1 p
20. return -1;
    
21. }
    1 ?' a8 X2 L% }( ]. y( p4 g9 @
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

0 [, R( U: N  \. v# C+ U
9 J1 R2 L. J2 z* O& l5 p$ I, Q

4 H) H  n3 P9 T" u# Y
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html