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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9 f' X, J  D, |' j" ?- G- _7 w, b% V

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

/ ~/ `& J' A! z. c) v8 ]& J

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: @" ]  d1 E: ^* Y

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)
   * F, V$ W9 X; u0 ^0 L
2. {
   8 `0 [* Q6 R7 l0 B8 J& {7 q. C: c
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   6 j' e4 Z2 ]* G! ^" A0 P; K8 {* a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   4 Y- Q2 v% p: {6 R8 V
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 b1 U( H, H, I+ ?( ~4 X
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   0 M5 `& u) Q, r' _% v  a' m
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( }$ Q# ?' W" _7 j+ O8 U
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    . _+ I$ p( o! e: ?3 i
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ! w3 B% e0 r* n5 p6 Z  q
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ Q5 [& w% ^7 J5 g
17.     {
    * @- F# M# F% g0 g+ t
18.         printf("setsockopt error\n");
    8 h8 f1 D. v2 H6 Y
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " s& [0 @# O, n# R( @' O( L
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    & x( j# `+ F4 S6 N: A3 P  t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 T0 c: A" w& M
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 \' g8 e* J7 o: y& A% Q
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    ( J1 K. a9 X# z$ N( X" `: S
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    / @5 F4 E5 Q2 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);
   6 i  @. z8 x# g% y1 P' d' t
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ) r4 N0 k+ R. @, `# |3 [& q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : X- _" n, j: |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   " f% k1 O0 e  t& g
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;
   ) p4 G& l) C0 Z0 f) p0 S0 W
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   : G6 W2 Y9 |9 [3 H6 g; I/ J% `
3. int main(int argc, char* argv[])
   # m( j: U8 s6 j! _
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   " J/ `; R5 C* h- U1 q& g
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);
   # N9 O: X  h! F& Y1 o0 S. ~0 D
10. ...
    ( ?3 m0 A0 h. n9 z# \3 g4 `' Z
11.     while(1)
    $ q9 m- E$ P: P- I5 B
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : f( K( B& _: e
14. ...
    , ?& c/ u+ M* x, t8 ]# W1 [! @  D2 W
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;">
   0 L% M: K( l) Q9 ~
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" \
   * k. D( H. z/ V4 E
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # ^) B7 D( o, n# D: K" G* P/ R
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" \
   - I0 x) w2 Y) q# h" D0 W9 [5 j
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   : C+ q! j* @) V# i% r
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ! L+ w6 @: g3 P- O, c5 O
10.             STD_HEADER \
    $ O( E" B& C8 N, n2 o' P" r
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % E% p. s0 K- E
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    / S! \, T% ^1 Q" d6 x
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" \
   / S2 _8 L- N1 k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   - c9 _4 C9 t3 C8 C7 ]# Q
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & N, Q4 h+ u$ F0 v0 I% j8 e
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' S$ I( y/ m. i% P. }0 K, E
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , _" C3 q  b# E' x# f2 E( q
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
     F" c- [* N6 {" Z+ T. A
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    5 ], }7 y# _% ?# m* B- ~2 ^, C
11.         printf("sending boundary\n");
    * f0 L' U3 N& L" L3 U
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

) O2 w/ P* E0 s: v* j

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)
   3 U- \3 }6 _. ]- u7 }! g3 W
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ) `' N3 G0 Q2 g
4.     if(*socket_found == (~0))
   : ?/ p4 R/ U/ z1 i. m- d8 V9 k
5.     {
   9 M+ o4 g7 P. c. _9 X5 `/ x; m9 z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   9 K# Y" j# X6 _
7.         return -1;
   - H8 i5 O0 S. u3 E
8.     }
   ; o. B: D# t. B
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 O8 U& O2 L0 I- c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    . ?+ K+ G( K7 C! v$ @9 E2 V- e$ F
14. }

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8 [. i% Q; p2 M+ W: A5 `. Z
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：
% k- w" c$ E7 \, D! m

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! A% r( W; J3 I- N
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   2 J( J& ?- O3 N, W, i! d* @' ]8 S
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   $ u9 N( C$ Q) ?$ H' ?" f: N
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    9 {2 Y+ d& q% b2 k
12. picture.length = fend;
    3 U8 T) V3 C& N8 f$ ?
13. picture.fin = 1;
    3 @% e/ H& D6 ^# a" D
14. }
    4 B' a& {1 @4 h% g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % F$ ]1 ^6 K+ Y( b: P
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    / E& c& l  h+ j% `; W
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    4 d0 W0 s; i6 R- ]
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " Y. r+ ~4 F' h" _  L% P# q8 k
20. return -1;
    ! X+ ^8 b$ i) q: [6 w6 g* E' U
21. }
    4 I! G/ j- ]$ ], \8 q1 r8 t/ @
22. else
    3 p4 w& K1 ~" ~& a5 X, i
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / u- ~) x/ B( t0 l; z! Y
25. }
    
26. }

复制代码

. ?6 t6 t( f4 {
2 d' A3 o+ }. S& W9 }

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