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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# p! t& \. U! u6 z' D+ q
. T* F. {, R/ M1 L" z

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
# Y! V: h. |8 i! h! Y* m
! b0 d, [) K1 G$ Y: \2 D( `

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。

  
  + P: M; Z  c3 L( O

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。

+ v) F, O: K% o3 Q2 x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. {
   6 N0 b9 ~* r' t0 M% T  y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( G" }% i* ?: r8 M% H+ M
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ V: \8 ~6 ?8 i0 F5 c) _$ W
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    , k/ Z" F, e# ~+ G* y) C
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    7 I: c  {) Y7 r, M
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    & k1 @! n7 G2 \: x
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    , A( p" B3 x* h8 C
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , I- K0 z3 q- w9 L3 S
21.     if(ret == -1)
    ; A+ w6 [" t. _; s+ z3 }
22.     {
    ! h. j/ d: u8 |
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ' E& F) c* }3 Y6 M) {
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 w+ G3 C8 i( i; F" r$ t  ^9 \6 A
27.     {
    6 G/ a" x; n4 g0 T3 p+ s- c
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    $ V! T/ V- V, S2 y' f- q3 L0 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);
   $ c3 u* q: C4 ^
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   4 ^' q0 u- a4 z1 n4 `/ j' Y" e, ~7 g
3. {
     K( a5 `! {# u: S0 `
4. 。。。
   " [% ^/ U$ D1 h8 B- u$ g2 ?
5. while(1)
   4 y) @; G% n$ J- H8 R( c5 Y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 R5 w: z: v  n3 \) T. S9 j$ m
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   6 p! b" C1 n+ J. q; q
9.     。。。
   , r# ~  L% e# j: r) _$ K  g: q* J
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    & r# W& `) t( A4 P, q
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);
   , X( o" z. R% l
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! w8 n7 k$ O, V+ o  W8 v6 X2 k/ C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / @5 H0 a- b+ ~0 G6 l5 \0 M2 a
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;
   / {9 L+ d! w" z- _' @/ }* Y
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   - D3 I/ U* r& K# s  B2 h& j# X5 P
4. {
   ' a" v9 M3 g& o" e
5. ...
   , c3 W! \1 L1 T& O+ n$ y
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 ^7 X: E5 i/ v. K! @0 |
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
     q( W7 Y" ?, C0 o, r# }
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 d6 e7 D6 r& e8 ?; F' p9 o
10. ...
    
11.     while(1)
    ! @+ N) z# }( f9 }
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    2 P& S+ Z6 H" e. ?$ |" v; h
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. </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" \
   1 C: S) ^& U! C
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   7 n" ~2 v: f5 W2 H) N: b+ 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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 H$ a/ _) ?" U4 R( T% x; b
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - {0 L1 f, x' E, A( K2 [; T
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 i9 e. V5 |  I8 B7 f
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    5 N2 Q( F8 v  A) j5 Z& S" w
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" \
   9 M3 m" p  K4 n$ g8 V& Z0 m; F8 I
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   - t- t, C! f  y( k) x2 ]# F
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 w( P, ^# |3 t4 k3 u
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   9 l0 c5 M7 _( n; ^/ x
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
     p) P7 j) _3 ?7 c
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ' i3 V) Q' s9 J) d. W
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
      s  a2 s' E8 \+ _0 F0 G" ^
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; J3 K& k4 b5 u) G3 x9 y. A' W
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：
2 U3 W- C+ a" J5 N/ e

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   1 _5 X0 N6 V. Z8 B2 Q& I
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   9 @4 N2 a* p7 R6 A; M
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / S& e1 E' w6 r0 Y% T0 d  w
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( w+ L/ F6 a6 s6 g- N
13.     return 0;
    
14. }

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  x* M1 H8 w* W6 D/ b8 C: o/ s$ l
! d; U) u( h5 l/ O% T5 a* V& ^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：
" |; E* ~7 e5 N4 O% i

- ]# W8 p2 P* r: R

1. while(fend > 0)
   
2. {
   1 G( }. c+ l3 F* a" @
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # u+ ~( V5 A# N  D* w5 a
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & Q& D3 I8 G* F( t
6. {
   $ L% j3 f5 Q2 H; g5 A8 S
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   * \! V0 M! k2 i7 H
9. }
   ! O) Q5 l) H# u' j2 W+ x0 F
10. else
    & l7 z5 U: \" l0 V
11. {
    ' b- t9 J6 n/ L7 R" w9 R# D9 o8 [
12. picture.length = fend;
    9 h1 ]6 W; @  V7 [1 |
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 C' u, \' |; z7 O" z$ }
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ! r& j. f' n9 G; o7 ?
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 ?  C1 U( j) `6 E+ N* ~8 u) b
20. return -1;
    7 [% S2 C. w) a: `
21. }
    3 l) Y9 c6 t3 C/ n& k
22. else
    
23. {
    $ z' V  j7 v: d7 r2 b" m$ ?  ^
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    5 L  q7 R5 E- o4 v# P6 Q; }5 c/ e
26. }

复制代码

; {" G* A/ h# K

* p/ {/ X& |0 V' r* X% ?8 W# k6 l
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html