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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/ w- G6 |! U0 M) D! z5 C4 X2 b

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
6 [8 f0 E3 C9 e! @" g6 G7 A
% ~; P7 E, p/ J/ e6 e& w- y

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。

. S$ q0 e0 b  L) ~/ }8 g2 n

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。

  
  : V+ v. S4 K2 F1 \

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
+ X' `% ?8 S( h9 o) b3 z9 u

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. {
   * w0 \8 M7 p4 ^& C
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   / z( `: }# I  Y$ c
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   + a9 Y$ O4 E2 M+ t% S
9.     int ret;
   * c) y2 B7 n7 w% C" M2 a9 z  t: h2 O6 `
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    3 b2 d4 W  `; u' Y( M2 v
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    2 F7 w. l1 M/ o
14.         }
    
15.     int on = 1;
      S' Q4 \& \: `+ `7 W0 ]+ I3 ?  d
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    7 G+ Q" C4 e1 L- q; [7 w
19.     }
    - T! l  ]+ B" {
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    9 F1 ?( g* t  f0 c% y6 |
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    / F1 @9 ?. R# S4 a1 @% a7 @: V
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    9 q% W( ^& U, B$ S! p- U) _: e  [
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 Q/ |" G( Y: h
30.     }
    7 q% n: ^. J$ c1 ?. F3 }
31.     return 0;
    7 _2 Q* W  Q9 f; J& o! C
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);
   / ]5 W  ?7 F1 T* u& n' p$ c/ m
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ) ]+ O1 h. A  Q' u6 `9 F
4. 。。。
   0 ]/ O  k5 M; L6 U: X
5. while(1)
   % b' s2 T, ^/ J; B# V& O
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 A: x( R6 R& ?( a8 S( D- o
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    % K& ?# `- K3 |
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 m( w# W8 X% ~* U' K; V6 K% c
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 {9 H, I- P, w4 X" r! X% O
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : m' ^5 G8 g" C! U
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) K. B6 V2 D0 V7 Y! I
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;
   . |# s- e: t% s) u, s
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   : h6 z6 v) |: ?" _+ v/ k+ x
4. {
   2 O; {' B" |- B. d% q
5. ...
   + E+ X. f8 i7 @  M
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   4 V, B, }$ w; a- z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   % c: w; M2 Z8 V  D
10. ...
    
11.     while(1)
    . j0 N+ f2 ?- \6 ]- A
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ) X; p+ s8 s$ A6 u# F
14. ...
    ! |" A, i% T% k* d7 ^' ?* o/ X, G
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;">
   
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" \
   : Q, f$ Y$ X- _  r, z
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ( f' A- k, C" [7 w# A! r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   : g3 G$ D' e% l# ?& a
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 O$ T$ l2 k$ z& l3 t$ t
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' I1 e6 ?5 @4 N' g; S
10.             STD_HEADER \
    0 z; _2 r5 y' l( P  A* ^, L; |4 g
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ) T& i/ T( ?0 @& [
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 m5 P+ t0 {$ s* J! @$ Y# l
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ; a) |3 T9 B" w. 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" \
   . L) r: y% \; V3 c0 u3 J
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   0 e; _9 W4 W$ c5 W6 a* r
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . i( b7 @# x* |& y/ l3 z4 o
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   1 F7 w. J& l4 Z: L" T0 H. o" u# p
7.             break;
   9 D  q9 ]& q- @7 {) i2 N4 l
8.         printf("sending frame\n");
   # }$ p9 j5 x3 [; W
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    / i2 I8 I, l. r' c5 z! q
11.         printf("sending boundary\n");
    ( F/ Q' }% Q1 }+ }
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 E( f1 {' e. x: ^7 _) y$ |1 s$ ~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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ B* j, k& X. S2 p6 B2 x9 y/ D

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   5 a# w$ C0 V9 }# I: X( l
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   & I+ `. K/ Y$ D8 v, }, F
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   & y$ z; x. W( `) D: n7 j9 P* {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
      }0 s3 q" A  b/ z% c% u8 V
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 Q( m6 Y' P# ?0 K- Q% Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 ~, d( D1 n8 H% j5 O4 x
13.     return 0;
    
14. }

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0 G1 ~4 N( g8 J& V' t2 @( J
1 @7 C* x2 g: r: \  @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：
! J+ Y8 k1 T. F) N6 j
- `; G+ f5 z9 [# m8 m

1. while(fend > 0)
   
2. {
   7 x1 M$ h! {  N  F
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . Z$ Z1 o6 U6 I  G* w2 M
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - g- m; g: U  \. |7 l1 T
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   5 T5 L% S8 N6 ?( S
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
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)
    1 C5 p. `1 C. H# \! b4 B, f
18. {
    1 D  |& h0 [- Y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ q2 }. J* K, u1 i; B
20. return -1;
    ( l; j) q" @( W0 U7 N! G1 V# k0 f
21. }
    
22. else
    ( N5 b0 ^. C# H
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    . [2 U+ V4 S/ \1 r, z% }
26. }

复制代码

8 D% ]" Y; @, n4 ]! {

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