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- w# x& [, s) R, i

, C$ g, ?" I  J: a

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
0 Y0 {5 p2 q5 K* w4 @0 o
0 q3 e2 Y4 G; ]

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。

  
  . M! g- t6 m2 N: T

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)
   ( |6 f2 u1 B# Q0 X% F1 ^1 t* A
2. {
   # i, A( U+ r1 z1 F5 b, G. J
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / h2 r) D/ `9 X
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ; E* a% m8 N3 x& V
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % c* x" n9 x& t4 l( w
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   " N' L8 p  w* T6 R% J
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % F9 e1 D1 ]4 C) X% X, b: o
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    4 [  ~: `3 L& u# W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    : e- h4 T$ z% ^: s+ n3 |+ Y
13.             return -1;
    0 f7 F* W# U+ y. z& }! z
14.         }
    
15.     int on = 1;
    8 u9 Q; u# M& B( H* G1 b* V1 D
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    # N$ R. Z- [# z' Z
18.         printf("setsockopt error\n");
    % L6 q5 T  E* G8 P* L  T" h
19.     }
    0 M+ d+ u2 b4 X) N* A1 {: n! r. C& m
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ' }  K3 r) h5 v3 \8 c/ S+ b$ V
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    & ]: G, ~% s! u; ~. J! a2 K5 D
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    + z: }$ o, G1 k+ g
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    1 v+ U5 {1 F9 b8 |! P4 o+ }& d
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 x, s5 X+ r) V0 Q" D8 @7 K( ?4 @( H
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ! F' f* g! A  W3 ~/ i0 B! _/ [( M2 Y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - u( x4 H+ e8 N% U! o! o* l4 U9 N
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   % F1 c$ o1 e% [2 D* ^6 W
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # @' Y$ j. @3 i1 u" O
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[])
   
4. {
   
5. ...
   1 s- S- `8 [$ i5 N7 t: ?& ^2 ]
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 I1 Z0 R: a5 z1 O4 W4 U
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 O7 M0 \) D2 A$ y! X7 H
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    . Z# \0 }" h9 Q/ C* R: J
12.     {
    * {# _5 \5 ?, @
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : \( p6 F/ [9 ]7 e
14. ...
    1 `; T7 [4 a+ j
15.     }
    9 U- [, A& l. b
16. ...
    6 [% r8 z- a' M( ]
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;">
   ' n( W, z0 E- I/ C" E8 c6 u( y8 V
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" \
   1 a; H! [6 {# i
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ' I1 d9 J8 i0 T  m6 l, K
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   6 ^" `& {0 K1 X, ~5 E" v: c2 }
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! ]* T, P; @3 ~: a9 m. I
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 G# a, P! V! ~: h8 c  c
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 u# `' L% r; u( s8 G9 A/ ]. `
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 q0 l% m2 B# j2 H* d" y1 J9 L9 e* Q
10.             STD_HEADER \
    8 S1 I3 J7 ~4 X: H$ l
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    3 L/ Q2 y9 Q3 M/ Q3 E
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! ?0 m7 I! X8 }" p; e* G; ~6 Y1 K
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 X/ g/ w/ L1 X$ L8 j) H) t
15.     {
    8 n( ^6 r' I' [; ^
16.         free(frame);
    5 [# U/ a0 }. g2 u
17.         return;
    
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# j! I( A7 L0 f
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)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   5 b8 {- [4 R( z# s; \4 j
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " F; O  q: H  \" K7 ~' r
10.             break;
    ; |) v  H& x  ~% D9 s
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . j7 P7 o& w- ]& d3 g  k
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 [( _# C# X$ v: l$ W8 ~, h/ H" ?
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   # M0 k2 Y8 u' A0 I% i
2. {
   / L, Q- y* w" @+ L( F5 a
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 {% ?- c1 v* f! V: r+ L
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 u8 B8 m* Q' C1 j
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 X6 P5 D! s  z8 ?  K2 L. C+ U
7.         return -1;
   0 d) P' u; j. R# g+ s- }& j1 U$ t
8.     }
   ' b% E6 D% b& i
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; o. Q; A2 e. d/ ?" r
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    4 H  w2 E' H# D" @# K! d: }8 }
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , G9 b: s# r+ c+ j
13.     return 0;
    
14. }

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/ Q: B+ z" i/ E- ^( Q6 K% U. x0 J
+ x: u- |* m3 R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：
0 d  N; T6 T' h

1. while(fend > 0)
   
2. {
   - e' ^, O6 N( S- Q0 k
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 q* P# F: H) a! L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   . r6 r- ]; E  w7 f; T! o
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % h  ?' }4 J  ?9 O! \7 i% q
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   * J# L7 M+ @2 I) s' P% q1 e) L
10. else
    0 U, l: h' w' _5 n- }9 R
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . S" b7 j  X8 y  L  Z9 [- j
13. picture.fin = 1;
    ( l3 p% d$ x& ~- I4 b/ X% `, P
14. }
    & _9 z$ y3 I% G5 N
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : ?& _1 K. R& d
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    , X  v$ U+ `, n+ z/ d9 Q0 ?; m9 ^7 Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    4 W+ l" B' G1 o4 C' R9 S
21. }
    ! |/ Y# D: P) x
22. else
    ! R  }2 d5 q# k: `! q# [
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    1 W" w( i5 _$ V; v9 s* V9 {
25. }
    7 J! s. l& l( a
26. }

复制代码

: b, {4 K: W7 n
0 m. W9 a' t4 q; E

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html