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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$ J. A( v4 O$ N4 {9 a9 h( U

4 O$ ^# `, n7 ~0 b& R8 b2 j% m) F

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

7 h7 u" f" c1 i+ y. F. Z

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。

6 f" T9 k- g" Y8 h/ `, [

  N" ?. J1 i9 z7 j( o" I

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。

  
  , w4 |- b% x1 B1 I1 H! l

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
  q. V$ B& [- l' U+ f' {

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. {
   . p/ x% e# s( b. \; E4 l
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   1 P0 c2 S6 y' ]0 G- c5 r
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 t, R, V% _: K; N( I' V+ {
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   2 P( @/ z8 g4 o9 l! J
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   1 L8 E% O  C# t8 ?/ o7 u
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 S2 k2 W- y4 k/ M) o
9.     int ret;
   ) M0 G+ N4 s5 n$ x! c& g/ ^
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      B9 x. K% Y$ W* j' I2 t
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    6 ]7 T5 {. I, g+ {
14.         }
    / G: B3 {  R5 C4 E, c* x* B: D
15.     int on = 1;
    / ^* q$ w; P6 E. Z; R
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , n6 U1 l) B7 t$ P7 [4 i* H
17.     {
    9 L& B/ L% t: t  s/ e4 L1 z
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    5 u7 x. u$ I; d1 j
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    9 e0 j! W8 B7 n7 L/ K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' h# P) f# }- B; r
24.             return -1;
    
25.     }
    # z$ F3 _& r. f+ c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    2 g" N6 d6 H' N1 L1 i# L
27.     {
    1 [; D1 j7 G1 m( ~; a# F
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    6 |; G, ~! a* P- p
30.     }
    
31.     return 0;
    + Z- d  L0 {+ f# X! Q# S9 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);
   * I# G" {# D" S
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   ! E  o0 e! c, h8 g% M" g8 P  b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ( ?0 |8 Y6 i4 c2 D' R
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 \2 ]8 w. x  h1 \. X
11. }
    4 |. Q* E0 J& @; A. F. I
12. 。。。
      n1 C( N& L$ B) |& e
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;
   $ @, \' f% s7 z& z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' g) o. _9 [; u$ G
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   " A, x; N5 X+ n0 _2 q. 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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   9 y0 d3 `' w  G# F0 k
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 a9 M* D: s  z3 v6 O( k0 Z0 l
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   7 W8 H- G2 z0 g7 a+ s8 D% g
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : _" a8 ?9 m  ~$ _
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ! _3 e0 K, ^% f; E, \
10. ...
    # N5 d2 I- l7 r7 g/ Q3 y
11.     while(1)
    7 t" ?: v. E3 L4 _3 L
12.     {
      d* q  P4 M% E, p' m7 L
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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" \
   ! |/ w; w) N; q/ Z
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" \
   ' y. L2 M5 |) z+ N
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' A4 y% u- T" |( D
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * _: C' _" Q( ]0 c9 o  e& p- d
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ) N7 `" i+ ?9 L
10.             STD_HEADER \
    . w, D  K5 u3 n- x$ p2 a" n" w/ A
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " g9 W$ L3 k' z4 q
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . d- F: @( V; P& g0 P
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    1 t& T4 f8 f9 ~
17.         return;
      [$ `5 x% G( f, }* B# x. V
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" \
   4 }0 N! l( M' Y
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   / ?( d8 b) ^3 S
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");
   , L* O! j/ ~2 R" i+ V4 D; w7 l
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
     @, J: ?9 s! L# B% X2 O
7.             break;
   $ g# B! H# K, ~6 K( n7 I+ q# i
8.         printf("sending frame\n");
   2 c8 O1 I) U% }7 W
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ' f: M& p+ w/ y7 Q, O1 V6 ]
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    - }! \) q, H( G7 X! z7 o
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ [) _7 G8 \" {) {4 t/ 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。

) g, l( ^2 A' |- N& m

4 c/ h% j9 C# }# `" 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)
   
2. {
   * M" e! s- d- K4 G9 J+ A# @, C
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   : I/ j- l8 b1 w' Y5 e9 [+ v& m
4.     if(*socket_found == (~0))
   / H/ a8 v, X3 E5 T/ N* m4 h
5.     {
   ( e) r1 _5 a- ]1 w9 F
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + R, D0 w, V+ Y) K3 l8 _* w
7.         return -1;
   9 ]9 \. [; u6 T* Y8 c& D) R% H
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % g. u+ n2 S- G( L: \1 e
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 Y" b* m2 J+ o4 x" r: d& O% m$ Y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：
7 ?( ^& U& k( {
' U& Y9 X6 g; F3 h4 p
' ~  f$ I3 G* y: ]% G6 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. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   % n* z8 X* e; y
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    . B8 v4 J# x7 k
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : k; X8 X% i9 G9 o; C
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    2 P! R3 X) l6 h' f) Q2 V4 O
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    7 \5 y, o7 T- _, d& a( F: J
22. else
    
23. {
    # A1 W7 c! L, E7 f
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ; A6 d' C' n/ T& d
25. }
    " p( R, Z7 T0 S+ n+ y
26. }

复制代码

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