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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" p& k5 v/ `% d8 G4 a% f

6 }( H: m$ o. g% I/ 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
$ {2 J8 x3 s( _+ p+ {8 m

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。

& c' x& a7 j2 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。

  
  

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.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   4 [9 U6 E" ^0 t/ p: J7 y6 L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   / N. Z; C. h, u! k/ ]) k5 H4 R) b% L
9.     int ret;
   : |6 T2 u9 r) i# w4 @4 O
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ; o" Z7 P1 z* R8 ?' t: F5 ^
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    " r$ N: b/ f( u( |' P
14.         }
    : V4 m& a& |2 b- r( f# u7 j' g
15.     int on = 1;
    4 W* ^4 \: o! _5 M* U$ e1 d8 h$ M3 g! T
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    # e, \- l" w; C! r3 ?
18.         printf("setsockopt error\n");
    ; Z9 E1 v! E. @, i+ g8 {
19.     }
    2 p7 P4 \9 [% Y" {6 e1 N' v$ x0 n
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 B- ]% P6 j  W$ s
21.     if(ret == -1)
    9 r* ^3 ^( r  {; t; Q
22.     {
    1 Y9 p) h& M  V' C  l& H2 U
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ' h& |; K1 ^6 j
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    5 K2 J1 z5 l' J6 U
27.     {
    # W! Y" i, I- n6 u
28.             printf("Listen failed!\n");
    $ m8 P) h8 `! |0 l) W( w  Q* v7 y
29.             return -1;
    
30.     }
    ( P, D1 {, h; e" f( V
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);
   1 P+ a; F' W3 G
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   : ^  G" w% i" X" [0 t
4. 。。。
   : B0 I. b8 _9 V. q' d0 W
5. while(1)
   # Z" \/ n2 @$ ^5 \& t9 }/ Z7 d
6. {
   7 w$ V& @( j( Q: V( g
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , e; Z5 ]7 ?* T) k. g$ B
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    % z+ C; i2 l8 ~8 h& S
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);
   / h7 S4 k2 Y# r  P- A. e
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + y  V( t, y, y" Z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' f( T4 w  }. t: ~- n" a$ O- f% H8 Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   0 ^& j) L9 Z9 v% y  @/ q3 j6 r
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 N$ O6 x; Q( }0 U, x0 l9 m
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. {
   + ~% t/ |- U+ L
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   0 B: d! E: [' [; J
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + c" y. H# |3 i
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);
   
10. ...
    ; X" Y+ s. n. k) V. _
11.     while(1)
    5 X+ x5 ?9 X- [+ a1 C& {9 @" g
12.     {
    / W" O! e- D" ^  |$ W: R( ]
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    $ ~6 n2 z$ k( M: |
15.     }
    3 x* Z8 O4 ]9 O# _( {. p
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " V) g3 c0 _9 m* J1 L  O8 p$ T, F# n
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   6 a+ Q" e7 p: Q- g  }* V7 L* Y4 {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   - m2 _% G1 e- g" _$ P, W# [8 r
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 K+ b, l4 Z0 j0 l1 {; {. Q' x
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    1 B' z" @$ e5 d4 `3 N7 C5 R, C- M
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    9 `# B- \9 j, l7 q& A
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    # K# a8 u" o+ Q9 y
17.         return;
      o8 V  G& h4 w9 @, k" q& Z
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" \
   ( n& G0 }5 W9 c  x' f% v- i/ l( f
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   8 u+ m4 l4 p! v5 s
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 G) o  V, m8 [, F5 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)
   . K6 n8 h  I6 m: C
10.             break;
    % C6 `1 ], }  |5 F% N
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

+ T3 _, |0 u) r  m  r" e$ W

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)
   5 \  x* X( O0 e- z: B0 N
2. {
   7 C( G! {# \/ T- i! T! J$ m
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   2 Z3 @8 x/ q9 Z
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   . o& f+ ~+ ^" S! O# Q' N% |# y
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * r; b' M# r9 w1 |1 b- N
7.         return -1;
   * Y! b- }6 ?' y: E8 `6 ~
8.     }
   : q' F  F- R- _/ m
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ' i1 v" a& s0 e: B% E1 \5 M0 a
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 m* R& n$ h" o  B/ m1 m( x& o
13.     return 0;
    + T+ O4 j, F: s9 H. O4 |
14. }

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4 F! R$ v9 t! R# V) V* j3 r7 n
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- D( P2 Z% Y
, h# Y3 {2 h1 @! P

1. while(fend > 0)
   7 ?. m. {) _/ \' v# B- ^
2. {
   ( P( E" \+ J0 X* z# W' g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 b0 A7 `5 W  _  R; e, b* a
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ; D& p) l  e% b+ m# D7 _
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   : w$ ]& i: j5 P5 s% m( x
9. }
   
10. else
    ) M9 y' h* F% G- e  j
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      R$ k2 J2 n0 X& Y' a  z4 g; A- N7 X
14. }
    7 n2 z; E! g/ S) j" m; ~% }, D
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    1 ]8 |  n# U7 E  \
18. {
    % `- D3 t2 q) m4 y& {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    4 G/ i& J1 [; `$ z
21. }
    
22. else
    & `: W  {2 W5 F2 e
23. {
    $ B* n! d4 u' B
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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1 N) M7 f% j& o- o2 K0 S# _, x  B
0 Z$ g5 |, e( w: t" P

% t! T3 A: ^9 O* b  K8 ?
( K. F0 s; K, e+ D+ u4 v6 ?* E. z: niMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html