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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3 j" U- p( ^' N" |+ r6 B3 E% x; G- u& 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

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。

  S2 R. z2 \  O8 C0 C

" [$ W, ~6 j: P/ E9 V: L5 \- m

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。

  
  1 F( m# k7 k) B/ c% O) D

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
6 z% M- O9 v8 }* q. p

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. {
   + k- {9 T6 C/ V- T. l* N
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ p/ j$ v0 B7 l; T  H( B
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   $ t7 q% d0 Y8 s  Y8 @
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ( v' Q7 A" i, Y% |7 |
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    ) x2 F$ N- ]" @* @) ]
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      u! G1 E3 Z- `, B+ `
13.             return -1;
      N3 @. }9 _, E" ]
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    8 x" Z, q, E- W5 t& J
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . e( m1 w$ C  i+ k  D2 H
21.     if(ret == -1)
    % g1 r4 ~  Z) d: a0 _* `$ b
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    % E0 o5 _2 I$ @8 p
25.     }
    8 s/ N* g- ]" v& S, R( n1 E
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( q6 r; M4 T, E1 A- b: E
27.     {
    1 d; ~! B) w" d: |7 t4 k
28.             printf("Listen failed!\n");
    - b5 s1 [* Z+ i$ r6 H; |5 P
29.             return -1;
    0 ^9 }1 d+ p# B( A6 K1 \
30.     }
    
31.     return 0;
    4 e5 T' K& }) `
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)
   9 O" o- M5 u8 j; i0 h8 ?" M
3. {
   1 K4 m. U8 F- G$ C  `9 E" H
4. 。。。
   / E( K# J/ g: X- b3 A6 }) t% E" U
5. while(1)
   ! d9 _) y' s6 u3 M, A+ A; c3 U
6. {
   3 W  e& c' v; V' A) ]
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 C3 {4 `& u. j8 q
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   0 e% [7 s5 p* T; P: M' T( ]
9.     。。。
   , ], P# i! e. n" `  V. t1 Z/ L
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + q1 _& X. h& k  ?
11. }
    + X# n' ^; `" D2 K  z
12. 。。。
      r, g2 j( m" ]$ [4 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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 b- _% ]3 y  Y$ C
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;
   & L/ H, d, H9 T
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
     \- G, L' t; a. a6 z5 \! S
5. ...
   ( P4 q5 u, d" ^; p' \& u
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) ^) L) F& P0 X, @0 o
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ) r2 G  S, f( o) k0 _5 X
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. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ) z) R$ v( A7 Y4 v
15.     }
    . t) F/ w) c* s1 D* y2 \1 x
16. ...
    5 \0 ^+ D% j6 g. k
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" \
     _# d$ L+ Q1 O% X: J
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" \
   ( v: U: j9 G0 x% G8 n& w; [
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   / q8 O( N# w0 G& P
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 n* h, O$ v" x5 ^6 Q3 C
7.     printf("preparing header\n");
   ! j$ u1 b) A' G; ]  |; n6 ?
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & F* g; o) `: f. T0 ]7 }
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    6 x3 F/ ^! Q! w$ e' \
16.         free(frame);
    ' Z/ {# Z  k! v; r# A
17.         return;
    + j& _+ j4 [$ I. A6 P
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" \
     V, s0 j9 Z4 j% m" D& a- R* U3 b
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   % k2 t0 i# n% p! u9 N
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . u2 H$ E3 c- f  ]
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( S, Q( M1 Y" j5 [- Q  C+ e! Q
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   & N. ^( j% O4 M5 b0 w  f+ v
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / v5 V+ ?: s: G4 Q
10.             break;
    5 J' s1 J2 V3 r% h) J
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( k6 ~  S+ Y$ R. _" I0 k' E
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。

; e( N% U" r) A% u# [; ?1 w9 ^: `

9 e  s/ }& k  Q! B' O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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 G# X# s0 x, z
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 \& o  l: Y7 C) C4 \
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ! a$ o3 m7 C7 o) P2 R" b3 p! t( {; j
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; L5 }8 ]; U) U6 A
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：
! D; K: E% h5 L6 c* M* Z
. I) |  J; X, s% p9 w" Y& s) g1 m
: j* t9 y* X3 u4 z; k

1. while(fend > 0)
   
2. {
   7 d( G1 e; m' E
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : K* l. j5 N' J; Y9 O9 }$ L2 u
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   # U8 r2 \9 I1 w" I5 f5 K8 b1 d
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   1 q: R( Y3 ~- M
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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)
    & M: P( I' d. f& \* F' Q- R8 W
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    # C+ M: c  P( J) v0 M
20. return -1;
    ; \. L1 g  _+ a0 M: q( `
21. }
    
22. else
    ) d$ z" B+ E1 A$ ]# l" `* g7 D! c
23. {
    # N: _! U' O; V  p' F7 H
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 d; l1 P8 j0 [8 e9 k9 T
25. }
    ! P# R/ `  }& H0 Y
26. }

复制代码

' o4 {2 |1 Y& _% q( D; x
, a9 r. ~( }6 Q$ e0 C

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