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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$ Y* Q- b; q; z$ v& ?0 K) S

/ {! M; o- T. N( v

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 k+ T$ I8 Y' `- N9 s8 h

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。

' f  w* W/ U" s: P# i, W- G4 L

+ J1 R; s3 ^6 S. r! r' z0 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。

  
  ' }- S, r8 V. y

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。

: V& D2 F9 a' U5 Q6 y. `: X6 M一、HTTP网页服务器

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)
   ; S5 A0 a- k7 e7 a
2. {
   / s( j; _- _  @6 w
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " n6 v( y5 R- e6 p4 s$ d
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 N0 j6 Y; x, {9 p
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 G* u1 @0 J& k3 r& ]3 c
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 D6 i1 b' ~: B
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 O' l) r! G5 ~& _! _, o( e5 ~
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " b2 t- i0 d9 `% X
13.             return -1;
    
14.         }
    . T  P  D4 ]0 l* H7 u8 x2 O* ^# A+ D
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : }; t; v1 b$ x
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    3 O0 i. f! K, u6 Y0 Z& P9 Y) x
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( r- T/ Z6 |1 t( A6 \4 B& _7 `
24.             return -1;
    / n  d2 T; e. s- ^- a$ Y# y5 p
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    $ s. p+ B+ \) r, s# U" {. Z
28.             printf("Listen failed!\n");
      d2 o+ [8 R& k8 Q% K
29.             return -1;
    2 _  C" W0 v2 e- k& u
30.     }
    
31.     return 0;
    
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)
   * L, b, }- m" U
3. {
   
4. 。。。
   ( `$ ]8 k( t$ z& R0 r
5. while(1)
   ! ?: Z& w2 Y7 D- M$ r. K, y
6. {
   6 N/ j( Y: s' Z$ {
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     r7 L6 C# Q" w5 ]% ]8 x$ w
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - ^0 E, A9 h  u0 R: C7 P9 M' c# c
11. }
    
12. 。。。
      P3 N& h8 X6 {/ C
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 t- w/ u9 A$ P( |# |+ ]" l
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   , M, e' A9 J$ }# Z
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   $ V) b( F3 u2 ~4 {( k, |
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 q2 Q5 z/ Q* h' \8 w
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;
   $ q! m( d$ d0 s; y  [) v  ~- M
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
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);
   $ |9 c& U  H2 A4 l+ h
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   2 M) S9 K$ ?) v+ L5 ]- f) Z
10. ...
    1 u' O% i: C/ K! Z' s
11.     while(1)
    " Q$ N. [  C, _3 Q& K/ v0 r2 i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 l" |4 Q- r! O5 b3 D( m2 k0 A
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;">
   0 l# i- G9 A  F/ v7 `7 K# l
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" \
   ! n9 @, s: T7 p" Y9 \. X1 Y
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ' s  j0 |* f2 X# H
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   & `2 m, a; ^- O9 a$ A
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   1 a; Q- ?& \/ m( B
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   " z: I$ r1 c  c: n1 l
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 {2 ?% R+ A: K
7.     printf("preparing header\n");
   $ v6 ^% E1 Q( ?& R# J
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   % s% [' M) t: P5 C7 a2 V* Y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ( ]8 T4 O" Y# Q5 o; P6 \8 L
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 f- Q; j) X  S% p, }/ L$ |% B
15.     {
    4 |0 Z) O4 Z1 P1 l( A
16.         free(frame);
    
17.         return;
    , V, Q1 O( e. Q  v0 G- v; m5 q8 q
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     O, H; W2 N$ i) L4 Z
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   & y6 R. h$ g3 P( B/ V, O% s
8.         printf("sending frame\n");
   : l* C- W$ ]. \; e$ Y
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - O4 ^# c5 d; B: i
10.             break;
    4 j. S- S( e( W$ n! W( _+ u. s
11.         printf("sending boundary\n");
    / ]: C, {' b1 E% x2 H4 S. y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ |: u3 N& g% e. P" F7 @
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 R: w, X9 |" m
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：
. p8 M+ o. s, q* u( q+ o% e0 [

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ) p! t- {& D5 o
2. {
   & ~1 X( B$ ?* r% B
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ( V2 V  G9 w2 p" U
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 \% D+ V6 O& a$ C/ l- s
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   * O4 {: I( D- n. l4 p
7.         return -1;
     S1 h1 F% }/ l3 q4 b! P  H6 O
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    9 Z$ D/ F" K! Q) v& q
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：

9 e  ]1 h; _) D4 P* l" U& x* w1 x
$ V: i* M# z% W1 m" v# k! @

1. while(fend > 0)
   + f  T  m) Q- |- S7 q. g4 G/ r
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
     {# ]. ]; ^# V* p; T1 }6 B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   8 p' \! o8 h. g
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   . Y' C5 a6 P% R+ t' B* I. c; i/ k$ I
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    8 C( {' J; Y/ C0 w# l5 i+ G. i% N
12. picture.length = fend;
    $ ]6 A" q; Q. d; N. t9 M
13. picture.fin = 1;
    / B+ b9 W$ j" t$ G
14. }
    ' j3 x  R  x+ q* T7 m  A1 t- z
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    1 U0 T3 a* f& T+ v
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      p6 l* i& M+ x7 H1 |) J2 C
20. return -1;
    
21. }
      S4 j' W  A. E# H
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ( f, S5 p% k* @, @  ]
25. }
    ! `9 B: R+ I) ?5 g6 @
26. }

复制代码

4 M8 x6 O3 f% ?
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html