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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4 ]4 h' P5 C4 b6 _$ M

. i; B( d/ N: U

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

  k) l: T) G, N+ ~9 r$ 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。

' ?0 @+ p* r, `- G5 r; G# I6 C- m

% u5 O7 S% J8 j1 Q8 H0 O

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。

  
  6 \5 v# y( x" P

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。

1 t% U3 m* {5 I( t$ T一、HTTP网页服务器
5 U0 y; c* j( x0 X% }

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. {
   . m* k: j, ~# S9 T2 G2 P7 y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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);
   5 c- y' ]( H6 {% ?% }' c* T: H9 f
9.     int ret;
   ! w& s* H! s& Q9 B6 u( ?
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' ^' m- T2 h4 s& v  n0 U; t& g# U) K$ e. a
11.         {
    + B, f' @" }  @/ p! U) b9 w" {' F" k
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    + D" u2 S" _/ J3 i( Y0 _
15.     int on = 1;
    : ^3 L, M( n% f) \9 m" }( h
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , v2 P& J% M9 U3 m% I
17.     {
      D& o: ~4 V9 R! D
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    " q3 C$ P  _& B7 I- O! A
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 ?7 O; P' O- P% V
21.     if(ret == -1)
    " z, |2 b- O; X) Z" x
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    9 E. @5 b) e* q, U* X
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    % R+ x1 D6 I+ s. z$ Y
31.     return 0;
    , L7 o6 x- [. d; {
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);
   . u* g5 Q, Y- o7 X
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . h/ z, D1 `( a
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   , m- K7 F1 u/ h! n$ ~
6. {
   . ]: X4 J6 k' o, |$ f% E4 @8 q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 M/ P$ b- J) s) _' y" ^. ~( u7 x( C
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . J( h% d! L& y5 D
11. }
    
12. 。。。
    7 @$ s) A9 U( \
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);
   5 h- Z8 e4 d  m, l. M) ~! v
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   # e$ a! i+ O- A1 ]* v3 D9 P+ }& K
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * s6 Q& F$ B! f% U
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   7 d9 X/ P( t- V+ g. R9 |" N1 T' d
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   % n1 j( E+ `5 v, V* n
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   $ Y/ g: B/ h  J8 z/ ]/ k) S
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ! \- L$ O; _+ W, \7 F: V  Z
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    # B* X, v4 m3 l8 D8 K. i
12.     {
    $ w. w0 \$ Z- Y8 ~/ Z, r# P0 ?
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    7 E6 w6 H" |) P7 R' l; f
15.     }
    / _8 Z  \  i& j, a8 y' i1 W$ j5 Y
16. ...
    1 O1 i. G9 S5 q9 u2 k9 f
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;">
   # A( F$ ~7 H2 Y/ s9 A5 ~0 }2 D2 s
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" \
   
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" \
   & }2 @: X1 D2 H2 H
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % ~+ N  U( E: G, m6 e8 s- b3 P! D
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' o' f0 a2 h4 b, H# d3 u
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 ]( r: S4 b* s6 c5 }% [% e/ r
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    # G+ G2 K6 v+ K! ~  q( L
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    - Q( F& R5 K' L, B4 {
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" \
   0 \' q. e  a2 r6 h" b
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   0 t' q& ~0 s9 |- Q' r
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 ]' F2 \$ t4 P$ l  r  |8 C# n
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ! V; }4 [0 A, e, d% y9 t: \
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   2 y6 C8 Y* E' Y, @. u( v& X1 c& `1 S
8.         printf("sending frame\n");
   7 i1 x  O! t1 \+ t$ c
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 M/ ~/ W, R( i' A. k  m6 l
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。

  O- O3 I- O) Q. L5 S3 R; X

% A$ l2 y4 g7 Z* [6 q( k6 z& g% J4 \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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   " |) ]1 p+ S; R& c2 Y" @
5.     {
   3 K) V& _/ G# y1 S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   7 I) K! V' s- v
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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7 N" C8 P, [0 ]5 Y& ]3 G
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：
6 h$ x/ o6 w8 J- [2 A/ j& m6 \( z
5 ?) }. Z% f6 g2 n! d" Q
3 C0 {$ m, Y# v

1. while(fend > 0)
   " b! `% F2 f5 {3 X: Z
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   % d$ a" K( B) H. f. B% m
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   9 Y4 [. }, y5 k2 L- q7 P4 p
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   : ^0 I7 \5 u# E$ R
6. {
   5 y3 ]# ]9 H% q# h7 @8 n
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   4 j) b- |" r9 x  v( {1 G: h2 c) X
9. }
   # F' m% u6 E0 c9 l7 q
10. else
    
11. {
      I4 j% z" w, v! N5 h
12. picture.length = fend;
    " L( \1 W. ^4 ?0 B. Y+ |
13. picture.fin = 1;
    * r1 Q2 f/ O. M: G: w6 }
14. }
    . M' v" s! ~  ^7 S3 m
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    - v7 t- M6 |( _$ i! V
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    / s! ]/ X8 @# F/ K4 j
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - F" H* ^, y2 ]+ v4 P- [
21. }
    
22. else
    6 X' Y) R, t/ T  q1 t0 m& P' g
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , S; r2 C2 C8 T3 ?9 M+ a
25. }
    
26. }

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0 n0 s/ u7 I4 K( |1 h  `7 @) L
; z" a9 I3 V. z% D& M

% b$ }/ {1 [2 t4 GiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html