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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+ y8 Z/ B3 t" L! Z& R2 y3 t0 w% N5 ]6 K

$ O% \! Q/ p! l) w5 G4 B4 w

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
. S# \% M1 b* e
7 u+ F4 e. ^7 A4 F6 J3 z2 q

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。

# L( h! E  J5 q' I) \' a

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
% j& q- j' ^  F3 X2 L

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)
   & g/ G- W! w- z8 \- B1 _# _
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   : b7 c4 s0 E6 n2 Q$ x) q2 P
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 I$ z6 X) j$ r& ~. t
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) B5 t" r. ^) a  h
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   % u! p6 l+ F; G2 u# Q
9.     int ret;
   7 d4 D0 G2 o0 E- ]" f) G4 N# l' |# a1 g
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) p9 Q7 e+ y& ]4 ?0 [- g
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    * g2 P- o; A3 G, x9 t
15.     int on = 1;
    * d# x, B- e1 q* r) s& A1 i
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! l& I# y8 S) n, v/ E/ |9 D
17.     {
    % b/ ^, H, H% f5 f2 a' h
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    8 ~( S) ?, w6 N; h0 K* T
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    - x1 ~5 H1 T  N5 k0 ^+ J
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    3 |- ?- w1 [- T- y! e% g" {
28.             printf("Listen failed!\n");
    2 W- F6 \! d1 M) e! @7 @  o
29.             return -1;
    / F) N  k$ I+ N
30.     }
    , K( |; @) l/ G) }1 T% a& N* @: E7 E
31.     return 0;
    * g1 c/ S# K5 p5 H! D/ v
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)
   
3. {
   ; H& F7 [4 y  n- f  l
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   6 ~3 l, W' g1 x1 X& I! B
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ d: t/ m4 Q1 |: M! L1 u
11. }
    % ^, k! h  C) j. ?
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.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ' d  f7 m9 V9 }4 Z6 Q- b
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   - }$ b& l8 M  \7 t+ `8 ^+ ?
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ( }! ]- z5 d  N9 q
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 ?2 Y5 W! {+ d, _9 a: C
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ( @7 \  X% x: L4 k. q, _
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   6 h4 `: K+ n; D# M+ ]
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ) U' Q6 Z+ y2 h; d( z- E/ R
10. ...
    
11.     while(1)
    - @0 I1 c! @' o  U+ F- T
12.     {
    " C- U% o% S: y2 B- n; z0 C( R
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ) T/ j: d# I) W2 {( I7 ^& @
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;">
   8 o( b7 f: ]( K1 _7 I
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" \
   ( I* B$ Z  W4 n: U: {) ^7 \/ [: q/ Z
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   " l, ?6 ?" c" _* f) B3 A
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   6 M" p2 @+ E* M; o4 ?
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   3 O( O* {; z. e2 j3 V" Y* H% D
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( S" k4 \7 v( c
12.             "\r\n" \
    ) u, j( N$ f8 R- O* I5 y( H
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' h) {1 n( H# ]1 @
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    0 P) @  E2 k- c' I. [
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" \
   ' s8 K3 z/ @( t* h/ h
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ X" k& \  m" Z3 {
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' e; B, A$ P" f% }5 p) @- u
7.             break;
   , z. m# ^& w& r! D' i4 v& z0 k( s
8.         printf("sending frame\n");
   . n. T' G1 j# T& ^. t5 y
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ) d  ?0 E1 n2 ]- w& R( h9 ?
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    & b4 O+ b" Z+ Y: W3 `! u- q
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 F6 P: \, [0 e9 B; d# d
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：

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);
   + i! i: ?% k5 [8 W3 F
4.     if(*socket_found == (~0))
   6 }3 x9 f  @* c1 o" F6 l1 `4 v5 K
5.     {
   ( n+ |* f- \, |' i! c- d0 `  S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ' \: s) L  M' H& s& e8 `* q
7.         return -1;
   ' o/ S9 X% Z: O; v& [, h* N8 B$ s) L
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' d, Y- }5 |1 f) L! c1 B
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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: s3 N' a2 T/ h% p% f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：
9 J" E0 y" [# l5 Y' V8 i

  W* }# ]+ L; g# U

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ( y8 T. p3 X. h  ?5 I
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   - c' d9 j+ B7 ~8 n- i$ ]% p9 X0 p
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   9 l+ g0 }$ ?3 @2 B
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 g3 h( P9 ]+ e' o+ H3 `
8. picture.fin = 0;
   9 v) B6 B& C& W* [; W2 k
9. }
   
10. else
    
11. {
    & Y" C# ]% m# s3 s  C
12. picture.length = fend;
    / t( o' v/ H$ E. h+ _7 y
13. picture.fin = 1;
    # E) o: e! Z( z8 K5 K
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . h% `- Q8 x7 O8 k
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    0 u; t% d( @. V; m  W. R9 X
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    / b* |, @9 Q3 N. x/ h" ]* G
21. }
    
22. else
    ; q! L/ Y9 s' C( X  V8 k
23. {
    4 q7 U/ m& ^7 a, l
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

+ l. S7 V; g$ T6 b9 g: X
( Y& [) q7 v) G5 ]  x: |

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