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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1 V3 B' x  |3 |" u$ N4 z
4 W$ k1 I+ a5 ]9 k

/ \! B& y' `% w% @' D7 I% _

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
9 H! }+ c9 O" f
( |9 C. c3 H. O- U# P7 ?

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。

; f5 c3 X5 D! H/ R

7 R. V4 q7 g7 N$ \

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
1 s. A) F- C6 t$ E. E: |2 U9 h

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. {
   2 j; S* S0 v/ K- A* I
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : o6 C0 i+ ?+ ?! ^6 {! s2 N- J
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ; V5 H' _" ]6 \7 g+ M+ V4 M
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * t( d& H6 ~/ S7 ^3 f4 H; A
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & B- F" f8 j- k" }$ U- j% @
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ' ~2 v& m" @5 x6 ~0 r
9.     int ret;
   " E. f4 t+ k! d0 T% s
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; r& Q4 |1 }: L
11.         {
    & O5 l* v! w5 s6 h0 p4 t6 K
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    9 I$ D" f5 O4 d* N0 v
13.             return -1;
    & a1 E  d' P. K$ t; t6 \4 i: Z2 c2 g; F
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - a. z# b) ]6 l- D( ]1 [
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 D' r' q4 N* d9 S, T# [( t
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    2 {& ?% A' C$ J+ V! `
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 `7 v  b: c7 o
24.             return -1;
    / C2 ^+ U3 h# s% o- J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    + ~1 o/ f* U; ?
28.             printf("Listen failed!\n");
    0 e6 l* w, X1 N, ]% w3 q8 F  a
29.             return -1;
    
30.     }
    3 B2 A0 i( S' ~, t% T1 [
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);
   - i7 h4 Q2 n& t3 I5 s# C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   4 v! J6 q1 f6 j2 Z6 b8 F
4. 。。。
   " e0 Y7 `- {+ v0 f* c
5. while(1)
     j# K5 a  P4 W4 S5 p/ u  f% t
6. {
   " w$ S6 }& q/ T, \
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ! K+ V* H+ \0 ]" n
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   # U) `9 q  I. f) U4 Q6 t' w
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - C9 `7 D+ Z: r5 M# ^
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);
   7 y( P" W: |( T3 D( a( L) @( y5 ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! X- m! p! c2 W6 y4 F' O' ^
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , y6 ~% k+ `3 `* S- X- Z# R% ?
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[])
   0 p; [: P' c7 Q2 F$ [! a& B* R. r* K
4. {
   
5. ...
   $ i; I# |/ }* ?& U8 S: r% G
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   - B4 m- g& g' e
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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);
     U. Y$ ?8 e  ^0 q  S
10. ...
    4 J9 j3 _& T$ Q( @! @7 l
11.     while(1)
    
12.     {
      e' N( G8 }5 l
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . Z* P2 W  u& A5 \) h- r
14. ...
    - S% O) \; ^9 y. y- k9 K
15.     }
    * \$ Y9 \9 j. u
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" \
   ) A" w& m$ p1 N
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   7 y6 s" O" {) A" @1 d
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ; h4 l* H- Z; k' t, D
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   8 y8 C6 n  G2 y! u8 \
7.     printf("preparing header\n");
   ) [7 W9 H7 M" X$ _
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , j/ p4 j% j! P
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    4 M6 p2 c; ]- f* J5 {
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    2 U% B0 ]# d+ z; ^$ G
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . a4 V% N- ^! Y6 c5 z& ~
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   . A# B3 V$ k! I5 N0 E; W5 H
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   - s$ l4 o+ P& J2 n1 M1 u
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   6 E9 G+ `* H. H% c4 r
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 h2 j& a( Q0 K; j
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   / @% W' w6 K0 [+ Q* u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
      p0 d+ w* g  T0 _! |/ u
11.         printf("sending boundary\n");
    2 d+ q/ f/ X6 N) {: A% F
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    " c1 r( M' t4 t
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " r5 v$ B( `4 T, a& P6 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>

复制代码

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。

( L  m7 I. X* i( P& u4 Z1 O, z) g

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)
   7 A9 `) a9 D% U+ x+ ~3 `
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   ; D: a) J8 m8 `. ?! D# x
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   : `6 X* ]' Q" U/ \& c
8.     }
   8 w9 X/ S; n# E- s2 {& o: f% v. x
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 u% Y8 Y5 O% g- W: D
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    : @; z& Q( _9 ^2 X9 L- W* d4 ]0 P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    4 Y5 i6 Y; b2 B7 I
14. }

复制代码

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：

$ Q& r* }+ |: W3 r2 M7 v

1. while(fend > 0)
   ) X2 G7 P9 H% h
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 I& N6 j/ }: q: W7 n& O& k# l
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; l6 y' \+ N; l% q3 T6 o1 x* q
6. {
   7 p% k* z& I% r! w2 |5 g) K/ y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 X$ X4 W# X! O9 }- s: i+ c" J
8. picture.fin = 0;
   ! O& e0 H; ^+ h2 c( N
9. }
   
10. else
    
11. {
    # o. g! S# E. Q4 P1 a2 D* y0 Z
12. picture.length = fend;
    8 w6 A- ?4 {/ g* G+ ?% n4 e9 p
13. picture.fin = 1;
    . B' P: H4 o7 e  q
14. }
    & `* ], m- o. @" x9 @! Q
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " c" q/ i  c; J  \
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    * u! B0 b* y* ?# s
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' u( L( c* O, J) Q8 y& Q9 p
25. }
    # u: C  F5 v- Z& z
26. }

复制代码

; Z* B9 K, W% T; Y3 f& d; V0 b
+ }: ~; V$ }8 V- z. [" t

  @" Z/ f  v% c4 q. d6 T% h3 QiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html