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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+ M: L+ `( o1 C: C# n- W$ C" p
% l7 @7 E9 r: k7 U! P% h8 q' J

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( }2 p: I- s4 S* \4 I* {
/ R% P. E* H7 O* `

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。

3 U5 Y7 N6 S" P. N0 s" V

8 N1 z1 M- C- H( 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。

  
  7 o" y6 h2 F* ~( [

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
( Z1 C' f" v* x6 j3 {

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)
   9 Z/ t) w/ J0 l! n
2. {
   ) S9 [1 Z* ^! L5 M
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; W+ T4 G5 u$ q) B7 {/ p5 A
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   + t9 |% X' P0 n* x$ ~5 W
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)
    
11.         {
    - I, ~" u  @+ x# n& @, p, H
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 {/ @% Y; I' n' ]5 R) j
13.             return -1;
    0 U. e3 {8 b2 |$ x
14.         }
    
15.     int on = 1;
    5 g, f) k" \% c  S' \6 \
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 s+ u. b1 U5 M0 M6 f3 X( h4 M
17.     {
    & S& x' K! x2 _: e0 t4 i1 {
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    % X8 m5 s* s1 ^) l4 |& g7 F
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + x, I* p4 E$ Q2 K3 K
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    7 p& u- v& D$ O7 ~, `' Z1 N0 x, x
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    9 a( V$ L. b$ }# F. f& }: J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) W" _9 A8 X3 \0 f* o% _4 a2 A
27.     {
    5 j. [4 j1 p" i  T# O
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    2 n4 A4 r3 R4 Z( x- L# O
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);
   $ J( X+ M, R& w6 J) {! M
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! W) y+ A# K* A. c
3. {
   2 J/ }+ \: r5 {# l4 p' N
4. 。。。
   
5. while(1)
   & o: o; R' t. ?& J/ h
6. {
   
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);
    7 d0 N8 F/ A* `1 [' {- a, ]9 J2 [
11. }
    
12. 。。。
    - I( m, F) D  H: z
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;
   6 Q. k9 e* S; A
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! N8 y/ G* D7 o( {  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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   7 B8 y! _! O, n% E/ `: k
4. {
   
5. ...
   9 e8 `7 A0 X0 ^( X. l, w* i
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; L. ^* j  {8 z& i- ^
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   + ?: F/ c+ _0 K7 ?
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    - q! h+ ~: A: x0 ^: B/ a
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + }& k5 ]7 T/ l. G& S
14. ...
    9 G! ]1 w; a4 R. U+ d. A
15.     }
    1 y# |/ S, l# X  t+ a# t: {
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" \
   7 k4 A4 j- p! Z0 I3 A
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ; M4 B8 z, B- x" Y
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"
   - m# k5 @: t' a% @7 t8 @
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 \
    ) S, T7 S" @6 d4 `
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 W4 u6 l5 O+ S3 y( W7 X
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ; y' G& J0 {5 ~) M. M; {" S
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - ^0 h9 B4 k! {6 w. B0 ?" W) A3 Y
15.     {
    ' H5 o& z8 U( O  \: o
16.         free(frame);
    ; \7 N" F: A' j+ x$ O/ L5 R
17.         return;
    / r- u' M  \1 X9 s: M
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ a3 n2 [0 l0 J5 A  E1 h
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   7 H5 z) ?1 [" R/ k- C
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " x0 [/ {) o! s( |. N7 I6 }* K
7.             break;
   8 L/ d# R9 |; L( D/ A2 s; ?; _
8.         printf("sending frame\n");
   3 U3 n" u: R; N0 a9 P' |* S+ P# U
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
     e9 L5 `) C* Q' ]! k* ^% \" e
10.             break;
    ( d* }8 H0 |. d# u8 C
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . r: a, t! m3 g% h6 C; O9 g
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：
0 i7 y' o( V2 H7 t7 P

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ) @8 B, O- |! J& D# ]6 C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   4 A4 e5 w( t- J
4.     if(*socket_found == (~0))
   8 y- l3 T6 F' c
5.     {
   6 [! h+ x- k' p
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ! P" y7 e& {$ @, M7 R: ^1 w) J
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % A1 P+ Z7 ~, i) U2 e2 {
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：


4 V3 Q6 N8 e3 f

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 C) i' U& I' g) {3 B. ~% r
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 {+ Z( B0 j) [! K2 ^; I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % J3 @! T$ S8 D* n  I
8. picture.fin = 0;
   " A  y9 ?7 K3 V1 y1 R5 }+ ]: b+ ^& D
9. }
   
10. else
    
11. {
    $ K) g( r0 k4 A
12. picture.length = fend;
    ) H) A3 F, G+ ]" m  w1 F
13. picture.fin = 1;
    , A) x! [" G3 L5 u
14. }
      O6 W+ t, b" g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & s: i% t) o# s6 V$ F/ q
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 J" J/ n) A$ M
17. if(sendbytes == -1)
    ) L  b  v$ K4 M$ p9 A1 W9 X
18. {
    2 H* f" ^+ z! L% a9 c
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - s1 X4 M7 f0 x7 {: E' Z
21. }
    9 A( u! k( a: ~( \. e3 w+ u
22. else
      N) s/ O- q5 B8 {2 m
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 }* r5 `& k, G
25. }
    4 t' `! ?5 p5 q7 b6 \1 X
26. }

复制代码

3 a1 }0 j( a8 T- w. n7 P* O: Q

8 r% ~  Y4 O. {  ^# Y
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html