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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  W0 y, F) D# ?8 V, d5 l; a! 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
- V: a4 _4 R1 I4 m8 m6 m7 @7 g" i8 d
, Y+ {1 F# r) {: V

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。

+ Y1 b2 V' k. S( G& d

  S& [& y+ l0 b3 X- W0 ?1 i& m$ J

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。

  
  ! i1 h$ Q( |; J. s& d& V6 w# [

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。

; S1 z9 [1 d$ Q1 ~* a$ Y: ~) g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)
   " B1 z7 x* |8 D3 X- m; @; X1 f
2. {
   : S/ n$ l; @) P: W2 i& F
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 G2 i- C' Z3 Y6 a4 A3 @
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " H, o9 v9 F0 g0 {, u1 T5 n
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   . J4 G% W" }, m/ p3 {
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ( X: |  ?% M% Z! H+ x* ^3 F
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * ~! O% G" l0 x1 E' x" h" i
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 N; _4 {' o8 P' l4 q
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 m9 R3 ]$ j3 w
19.     }
    # e( h8 h' g% o5 H8 ]( x
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! p# m4 T7 V! ]7 j
22.     {
    1 @# ?$ f! Y; ]" j
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      Y" e3 h2 i: ]
27.     {
    1 t$ E! _& s9 Y0 Q7 e
28.             printf("Listen failed!\n");
      X* P5 [5 }: Y$ m
29.             return -1;
    4 S$ K5 M: O3 ~! a1 P
30.     }
    $ {$ t5 W( M) H
31.     return 0;
    3 j2 p" a2 t$ Z6 Y/ g
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)
   ' p. R; p7 [+ G( R6 j
3. {
   
4. 。。。
   % ^5 S0 i. P# b# l# Q* x2 L$ m
5. while(1)
   # g, J- g* u# q
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; u# r' f5 ?! Z. [9 O% p- \
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 e: W: p; ]/ H7 ^
9.     。。。
   / _, p0 O" P/ {# t" N/ b! G
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 O1 ?" u/ s. t( Y1 @5 E
11. }
    
12. 。。。
    , d' U' K! M  \9 M
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;
   # i: R9 [' f2 Q) g. C4 C  u. U
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   / @& k* e$ t( y7 ~
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;
   ; E! F3 w# H2 J  c! u
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / E4 K* \) i9 L6 \# q
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * P6 l2 O, W3 B* F" U* C. V1 A
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " p! [4 }" q# a% c: J/ N- L
10. ...
      A+ g* V  a( _5 k5 k
11.     while(1)
    
12.     {
    1 i4 J# B3 H8 `: ~4 \
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    # A* J: i; u% d2 O. g
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;">
   * |: w) K* h; T* d7 ^% W( i
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" \
   
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"
   / |; ?4 A3 h7 N/ b* J. {# }! V  [
7.     printf("preparing header\n");
   , Z$ t6 d' u) r" f/ W* h4 ]4 O' d) r
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   6 z, M6 j1 q- j4 `& f
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ( e9 E8 ?: r9 v
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 s6 O7 R1 @, m' Z0 g) W0 p
12.             "\r\n" \
    $ w0 q4 h/ t1 k
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - Z- h% q1 a- N0 c# L/ d1 m* Z2 ^( l
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    / H, m# @! U- s, C% P
16.         free(frame);
    : ^! B3 k$ {5 V# h
17.         return;
    ! H3 g' t8 ^, r* D/ ?
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" \
   0 B# S$ w& R  L$ T
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . d) B- A! Z# X8 }# ]
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   6 e6 a  Q$ @, g( r' e; |! p6 i. Q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 y) E3 W' a) W0 p' K
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    6 k4 A3 o$ r( `. g7 j5 Y, B; W
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    " k/ R$ G  ^* V# w) `/ @$ 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。

" ]! G+ d2 H( n3 J# c2 N# w9 Q

- A  ?* P& n! k# d6 I  R: }% W' L7 C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)
   ! k* R- ~+ j6 A
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   & [' K2 u/ p& j' H6 A) C
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) \: g; B" a9 J5 _$ Q7 Y( g
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    - w  M; B7 I, E; E! e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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- S+ ^  S! S$ P4 W
$ Z# V2 q2 i/ p3 A5 ?3 T: e% [: ^+ T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：
, O' \& D1 D+ f- B/ F
# r; {7 E) F* J

1. while(fend > 0)
   ! ]7 j; C( A$ O- r$ b
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / t% a2 V+ W5 b
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 J( O0 E3 |3 s! s
6. {
   . l- \( ^, {- s: s+ G
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( q+ K- U* n! x+ z7 V
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! f1 I2 _/ E8 L  K
10. else
    - T! d+ h0 y% [3 X6 T! y
11. {
    ! w) a3 [8 @) d% H) B+ c
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ; C6 z, ?1 a( Z- l, t% N% T8 S
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    3 I* Q* R5 h& ~/ }- o8 R5 q1 e
17. if(sendbytes == -1)
    3 K, x3 [# C3 v2 I" _0 I5 Q4 k
18. {
    3 E+ {1 x. D! A% q( ~+ x, j  }/ J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    4 N7 E8 y9 ^: p* V
22. else
    6 C2 {8 ~0 A* u' _2 v- m
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
      L% W" k) L6 W, Z& F
26. }

复制代码

) U3 v5 s& W& D9 Q

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