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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0 K6 ~+ k6 m8 [7 p. |( K8 M

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
* u" }3 V+ c& f- Q3 I1 o( C

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。

: H4 L9 Y( d7 o, K

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。

' p. Y% C, e$ C0 I一、HTTP网页服务器
4 g$ D! l8 k2 y' E' ^

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;
   : A: L, r. ~8 E
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   4 s+ E( S: h- |) |# \7 t4 {
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   $ }" Y  Z) b: @, k& |9 E) S
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   , W! O$ `) f/ g& Y) M5 h; ^% q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; `) M% X8 L( a
9.     int ret;
   ) u- m% g5 \) ]! P+ e+ r8 L
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    $ C; ^' e0 k+ D8 b8 a* ?6 y9 B- c
11.         {
    6 z* \& D  F) G) C6 s0 a- Y- E
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " W6 w  Q7 H* [: m" z
13.             return -1;
    4 J$ }$ n" w3 |, n2 }
14.         }
      E; p* K* M" L/ p2 L  h+ m8 o  H9 O
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 K3 N# Y; Y6 t; ^' p" d
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    1 U7 J7 b: h; v# a
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 o+ G' j# G2 p8 k+ \: V
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    8 t& X" o$ f8 u
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    0 m8 a  r2 t$ @+ J$ |  _& w1 u
27.     {
    7 U7 v2 z+ _7 e( E' w+ C
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    9 r& r7 v! v/ o8 m6 u1 A
30.     }
    1 ?2 z5 @6 g* C+ E' O
31.     return 0;
    ; \$ e1 R& v: [. C3 N! L! ]6 o
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)
   $ z* z% `6 b5 D5 p
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : E/ ]& ~: a, `0 e! s6 o
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 R+ {! s& ^3 w" D* _% h+ U9 o
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 h" u0 w. ]' U3 a8 O, R* l; i
12. 。。。
    " Q1 H) ]; [9 [
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 x9 |+ }% `+ f! `+ x5 K
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 G( `5 @5 c% }) J) N! V5 H: H
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 u4 H9 {( W- b( v# Y7 f( W
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;
   - o( E  q! O& w+ l( u) z* t7 }
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   : d$ Y# j# Z# v/ S
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ K$ |: l7 C/ s6 |, J/ i
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 x. l, M+ N0 I7 v4 v- a3 Y
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);
   9 F& c  {! {  Q% W: `* f: ^) O
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    & O! w4 J. }+ h5 p
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * _' p1 S3 |4 `( i) D+ u
14. ...
    
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;">
   2 x4 `7 {8 s" `( `$ \1 _
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' E* p' ^9 H7 |% ?: \/ B
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   * P+ Q8 j6 I2 g! g$ K0 u" ]- ]6 A3 I7 V9 @
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ' W- M1 _" C8 V. K* o1 v- y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 j$ z$ R& L4 r3 k0 c
7.     printf("preparing header\n");
   . U  Z- J- [0 J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
      v" F! G8 x# g, ~
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " S& U# x- M3 v  ~5 z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    1 A2 s8 S  o3 i' \5 U) U& L+ G
17.         return;
    ! a" b, \$ [* {4 t
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" \
   7 x+ q& b: H: i$ A! o( k
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   " H# R% O8 F) e: b
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)
   ' [* R! o( e0 S
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    6 |* Y) r, o3 N. F" |  |9 z
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' [* d6 j- G0 |' z# i, C5 i
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。

$ E1 d; O% l4 T

* [) X& H, u4 S" E8 C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)
     ]( `/ K) P! b& [
2. {
   5 v* K5 A& \# a  W6 u, w
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 ^5 G6 s& @  X: o% n
4.     if(*socket_found == (~0))
   ' T: Y6 l  M8 |) ]. h6 I: f3 c
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ' N5 L0 `) o9 S2 n! H4 A
8.     }
   ! x" J2 J2 p2 G- m* z
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) n9 R5 }( q0 |; `; C3 U
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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; {0 N  h1 r$ ?1 ^+ F
3 T" p, |0 H; K- y# u, {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：

; L9 N% h0 X7 g& `: w! G

1. while(fend > 0)
   1 j" V2 H/ M5 {' D& A
2. {
   1 F, A, Z; ?; I% n8 `
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % |: Z3 Q: |6 Q3 {. |/ O4 _
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   * j9 `- i- x; L$ w/ V
10. else
    ) I( j8 Y( i* I4 ^1 Q5 P5 F+ M) S0 O
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + c- z3 f( _8 P" v8 ?% a
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    8 r% ^1 n# V# v- l' z# k: l
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * D$ |+ {; W2 }0 D
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    + k$ W4 \5 ~& @
18. {
    / N2 t  I. K) j; o7 ]; O9 ?' c# H+ G
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( |7 F) ?$ q/ D+ N/ W
20. return -1;
    ! o/ m& w9 A" O1 |9 ~( d4 q
21. }
    * `% q( B$ i7 n& M
22. else
    0 y. W: a8 r. ^. z
23. {
      x% o# @3 {/ Z% }. m; w
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    & \" r% E6 V( c6 @
26. }

复制代码

, K6 @/ q/ Z( m0 _1 j) p

/ Q' b' A! x/ O
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html