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 P3 x8 q) L8 m" _% P4 O9 u" P

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
4 A: X+ M( H6 y5 ]7 n  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。

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

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. {
   3 J/ i& d% ]! n4 i$ N: {
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   - g, T8 w3 Y8 a2 O; c( I* ~3 I$ c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   / ], P) L& q0 Z3 b) n. U
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   # u( C2 u5 g8 e, B
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   6 I5 w# j) E$ T$ a
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   0 ~  d# E. ]; I- s' A. y: r
9.     int ret;
   & V4 e( k$ G# @' w( N8 c6 ?9 @
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    0 E! T2 S0 x1 b; T
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    7 ~7 _3 `; k0 x3 J  {8 k) p
14.         }
    7 s: ^3 u" D9 [% H+ e% {+ q1 Y" e
15.     int on = 1;
    ) H2 V  X5 P% v5 _) R2 u# ~
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      p, h7 P% E1 w: S: Y
17.     {
    / `1 H3 j# a& t$ `% `6 c7 A) A
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    # J. X- A$ U( U3 R- L
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 j5 n4 u+ e! i$ C4 \( ^
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    1 t! z" s3 b+ A3 c  I- t
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    7 L; J! t  ~# O/ F4 @, K7 z2 |
25.     }
      X# G1 F; W6 u0 c2 U4 Q$ |% O
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    1 q" @4 F4 J, a( }, K" ]8 j
28.             printf("Listen failed!\n");
    ( A0 i5 @* y  d7 L- e0 G8 @% _
29.             return -1;
    # g) f9 j; V4 B8 A% @
30.     }
    
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);
   3 x( H- _7 P, o& h- V. @# p
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / D6 M* ^) J) ~" u# I+ B
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - r; j6 Q9 H, P( D' t) C" U2 f
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    " X) u  K. q  D+ n- K( N) r& P
12. 。。。
    6 p" \# [8 c1 J6 \: t
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;
   $ _5 q, x* F' ^& g2 b6 x5 H
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 F" `8 Q- }! z; E
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;
   5 ^5 g6 V3 y6 M1 @6 H+ g! S* A
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   " Q# `  M" m6 b: M; n. ~& g
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 I/ N4 A9 v* Z$ O9 x& v, l
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   0 [2 V. v+ c* J3 S$ s3 x
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    6 w  |3 ~1 f$ Y$ N2 e2 E
12.     {
    * T3 n! T2 V; q* p9 c6 k
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ; s6 ^- u: q: w+ L
14. ...
    2 [4 Q# v+ m7 j  B. E7 x
15.     }
    
16. ...
    0 r) q6 {9 `8 ^1 {! `9 \& v9 {; `$ ?
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;">
   + e" D  [: y- ?5 ^+ b# u
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 R! _$ r* N) j8 B2 `
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   $ N/ q5 Q6 l: w# N0 x5 T( p8 q' p; H
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ( j- R$ z+ y7 \* b. t( K& u
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   3 T. o- z* o1 K( m/ w) Z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   9 I2 M: \8 |" U3 k: m* ?' `
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & `* d# Y% t; h" ^
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   " i7 x. O6 z+ g8 o  B: Q
10.             STD_HEADER \
    ) k; c1 M8 g1 E" ?, {5 U
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - ~( k) B. O: e- v5 a* j9 Y% z
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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" \
   $ E6 m: N" `/ D" R9 z7 k+ {
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ; A% ?+ x( B% \& h. ]1 u$ M, C. a; p
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 F* D" C0 V  S- ~- n
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & J( ]6 ]' I" n1 M
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " K0 R% D0 H' C& u8 k% m
7.             break;
   / i+ J+ v* W% ^
8.         printf("sending frame\n");
   : `6 K, }, v  ^9 j7 g0 e
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   0 r3 w1 G; D+ z: v, R
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    * r" _  N+ W% G- t  j4 i8 ^. N
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # t, n- y; ]; b8 Z# M/ a( J
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。

5 b) z2 w4 ^( H" u3 s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)
   % `  r. X" h, K8 ~
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : h% I" A$ J  L7 c% g) j% {
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 X2 _- [1 E# S0 P/ S  u
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   / o' I+ ]- r, j, O% L
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / T1 P, Z/ ^/ k0 I( A% ^
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 t% V8 y! X: d5 i: n
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 O  J: ]' \/ {+ a% [
13.     return 0;
    
14. }

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, E. h+ x; ?  @* J$ ?2 p
: \7 Z* G4 F6 e" v& Y! I& @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) N) w5 ]8 f3 ^
( u4 N1 x( y; P" J
) h7 Q2 k3 B/ q

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   9 \3 A4 J" P0 T% V
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   . n5 I. l" }+ F) i: N2 W4 `% P
10. else
    ! N& f. q  \7 F6 l7 S  p2 G
11. {
    ' o& F$ p2 ~& H, C5 |
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + A! ^. Y/ D+ v
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " |* K) k0 n2 v& Y" c
17. if(sendbytes == -1)
    1 i* ^/ e: q* i( {6 B
18. {
    : u' s% _2 S0 h! N2 B1 o5 h& f* N. R
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    # E' S; g/ Z1 B" N# E
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    . c3 h& y$ S+ `% S
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; T: Y# V  o1 J2 k1 |5 x
25. }
    % P6 \6 s1 s) N/ c4 J2 V5 Z
26. }

复制代码

# }, E* r- d! C( S
& \. t  i* Z) r8 X( X' z* K* w

/ }* D  p& d/ M  o  J
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html