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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6 L. b) }/ P' p: B$ G

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
! Q+ S2 j3 f3 z% j9 C& C  M

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。

+ ~+ ?$ H7 o+ ~6 D

9 e  x( h" C. S( x2 a+ 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。

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)
   2 I1 A+ A+ X9 }! j" a
2. {
   # M) A) a( Q! Y, j, y" a: L' T9 ]) ]
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 b! j, |. u/ o8 y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ! m2 q& w1 x6 e" m0 [
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   4 N0 x' ^! X% p3 q; Q! A
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , t7 O- ?  D' Y; ^
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( ?; ]) t4 M1 g5 P$ I
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ' r: T9 Y5 W- m: _! p5 _
14.         }
    1 s0 }  F$ t/ G, K
15.     int on = 1;
    1 a( K& H0 t9 y5 H; |; I" T
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 b; |( `# T: l1 K9 O* L
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 v7 D2 u7 H$ @. o, e  n( w
19.     }
    6 ^* u9 W* M' _3 A
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . ?: |+ a  Y- J+ A. U
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    6 F3 x2 w3 L- L) f, ?# y3 F
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ; q4 Y& p. h  P6 B/ H0 E
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    5 ~4 t+ d& a8 l2 f* N
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);
   : i; w4 J, y1 d) K) f
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   , y6 N+ H/ d2 e# V. }
5. while(1)
   
6. {
   2 V' t$ f7 K: j$ t( F# C% `
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / Z: L2 t: ?0 F4 k  Y
11. }
    ! `1 L* b% b# @$ H' `4 o# `' ^
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * u: s$ B- d2 @2 h& s) F
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 l6 F3 Z; T% |4 ~' a' C
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;
   * ?% C1 F/ y8 t
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   * x; O& V8 Z. b3 B/ w
4. {
   # O' {# e3 U: r; I3 ?( }5 Z: ?4 I
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   2 A/ h' Y, z* V
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . }. G' M/ \% b7 _/ g
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   9 s: k1 n' H% ~
10. ...
    3 D8 k. h4 D' \7 y* F
11.     while(1)
    7 W% `1 R  Y3 k; L
12.     {
    6 M7 f3 T) U9 a9 h3 j6 C2 b
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ' L/ t. D% u$ p" z) ~
15.     }
    ; i( U% p% l6 O9 u) J  \1 B) m
16. ...
    3 W0 B3 M* N0 i  o  `) d- S' D' F7 P
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" \
   ; `2 y5 x- Y6 F/ m. b
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"
   7 {' e# b) E* G% r8 [, S# U
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # B+ a+ M. F8 g6 [$ o9 V
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   & Y2 O8 F) F8 V( V% \, D  _
10.             STD_HEADER \
    # R" a) M. X2 Y' o6 n
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)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    + H5 b8 y9 y5 c5 S, g1 S9 i% F4 [
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" \
   + Q0 U+ |6 A; B& m! j- `
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   " a1 e( r& B8 g0 z& ]7 S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 l. I, h7 B8 q$ u" W2 p  h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . r) Z0 |$ J) V. I3 w
8.         printf("sending frame\n");
   # [* P% @- Y/ X$ q) d* O; D
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , c! |7 r" L4 o1 u5 g3 o( U8 c( U
10.             break;
    , w1 H  R" c; l1 i- d8 `1 _% o1 D
11.         printf("sending boundary\n");
    4 D6 _" v4 n& n, }& ^& Y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , F7 u2 ]8 k3 R5 Z
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . r2 e- o: l. m  Q; T& B* V2 Z/ b
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 o  J' O+ t7 F2 x  G. l( x1 I

( T. n( d5 P# e# |6 X5 a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);
   2 r4 ]+ ?2 @) {: A) g) u! |9 z# w% ]
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 c4 A6 {' M, N, l4 h
5.     {
   + K& l- _/ |: |. b3 }! i+ c- g
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 {; N6 I7 ?$ O
11.     addr->sin_port = htons(port);
    0 l+ K- Q: m7 _6 `1 j: q* e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
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：

+ \+ ~/ u5 {# O7 R  g
7 D9 w" k5 }4 _2 k# l5 K5 |! h; {

1. while(fend > 0)
   3 I3 p8 J0 z: {( Q+ q: L4 P( c  r* P& V
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ' \5 f. \# L2 `; j) t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   * G; U) l3 H. e( g
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   8 r1 Y6 e- s  X1 k
10. else
    , K& C1 O# @6 e4 H! G
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ( i8 B. z1 K$ \5 S3 }  K) M. U# b
13. picture.fin = 1;
    $ A' g$ R5 p# W4 |
14. }
    5 i4 R: {2 y, G) A# V5 E& ?
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % Y1 F& K6 R0 K1 k. e
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * ^; p1 g2 v! _, C
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    ! t" Q6 q! C! h, x& o; m8 w
26. }

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( D" X) L) ^) t, K" v# N

2 m0 k7 i0 c5 m8 p1 M9 o
2 W" c9 a# [: N0 t2 R$ n" XiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html