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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% r- |1 S% ?" i: s! r5 A& H! a- Y

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
  c$ f8 T, i; y; |8 l

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。

: u* ^5 ?$ Y  y

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。

  
  - d  h) y7 n' W! C: p( g

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

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)
   $ \4 ^* }% F0 h! y! e1 |
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   4 @( m: Q: R6 T
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' c; o: E+ V+ O8 i" l
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 A' U# Z4 w( z4 U7 I1 T
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; B: d- ]$ \) x2 z9 Q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    1 f7 `: X5 d  i
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    0 Z  k: O& c( b7 h; m& f3 P
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    ( q  l/ D. `% N; Z3 y3 a8 K6 r1 i
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / {3 M6 I: K. e- y) c" s. C
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 n0 U7 v4 P3 O% W; |; N  p4 o) a
21.     if(ret == -1)
    - x' p: w' M  ?6 S" U" t
22.     {
    % N4 I% b1 E1 |+ s
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    3 S. i1 x, g* s, F
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " X- @1 B  i  k) p( Y( t9 J. @
27.     {
    8 ~6 O/ }+ m- k: l$ ]3 H
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : R( j) u4 g8 T1 [
30.     }
    # C9 |% w% a9 F( u
31.     return 0;
    / T" J& V& B1 _' N: |
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)
   ; W; \) e1 w  G. A: r  x
3. {
   # ?+ u, Y& z: r% P* I& D+ Z3 H. [0 e
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 J* `: u& @, K" ?/ p/ X5 o
6. {
   . W* ]4 G2 M* l
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : _1 b9 x" ]6 k" q" |
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # m6 [% A9 T, z' l# o5 B3 f
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    : ?; `# @! J! T$ h
11. }
    
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);
     W" C$ f, \/ _0 [$ _. W8 b
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 \) H; M" S+ W/ S6 O. n
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 P$ S7 l: s+ T2 `
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   2 n$ h0 p" o& A1 |* P4 G* S4 R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , G5 J$ ^: q* J4 Q9 M2 `
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;
   5 h2 }9 R9 E$ G
3. int main(int argc, char* argv[])
     L& a- x' ^3 S1 ?* K
4. {
   ! `. m7 D  ~5 `* p3 M
5. ...
   $ }% e0 h/ k& R2 a. e( F+ t, v
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.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    8 M7 S* o# Q, g  }& h& q
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 |* G9 m' I4 F2 x  L+ C3 W: y+ |- b) V
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ! M3 \- h) y$ Y. s" x6 M5 k7 [$ _
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;">
   3 w- V8 C/ S# F
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" \
   3 V% ]; ~5 V; M) s1 ^
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " H$ l0 S  j5 _! ~7 |' ^: c
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" \
   - K( \9 d) \7 O( R+ A
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' K* n$ q( U9 ~
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   0 k! U5 @$ W$ w3 X; q, H3 q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ j/ W, e1 _* s% R& ]' ~: g2 ]6 ?7 L, L9 W
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    : q5 A* g3 B/ }) n# u
17.         return;
    # ?4 `0 ~- \4 v  H6 m5 t  L
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" \
   8 B" r" L- \+ d
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   - V: L5 L* r4 ?6 u( H6 u( B! c
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");
   ; ]4 D6 y) j) r& Y
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   3 l" G( e# M4 q
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   # c. T& k  Y  X3 N. O9 n
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    3 L1 {8 j6 l0 j
11.         printf("sending boundary\n");
    ; q: c  f+ P' D* z( E1 O8 n; w: v
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 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。

% @) T& @; z: ]4 L) Q

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; J1 e9 J  T5 Q$ Z& \# c

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))
   / R8 F9 v4 n) Y4 G1 }/ o1 ~& N* }) t/ E" Q
5.     {
   $ C+ u: b' D2 b# m
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   8 ~! w4 j4 W  i1 P  O
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 M) t9 H# l% }  i
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    0 u+ a7 v8 f+ l, K. `( ^- A! O* {. H4 Z
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：
  n- i7 W+ i# Q- S$ R* n/ S; A" ]
2 S2 o/ ]' z; \" f6 E3 v( k3 I2 J

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / E5 i$ ?7 K% C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   . W/ b7 h- M7 J0 i" ^1 }" d2 z# H
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   6 R. ^5 I- A8 T# j7 m
10. else
    3 u% V: `1 H' c" }& F
11. {
    
12. picture.length = fend;
    $ d# y% q/ g$ k+ U: s: M4 v% I
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # [. i4 ?6 d( h  f0 U; y! G# }1 I$ u
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    , k8 ?3 D  r# C
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    2 ]2 t+ k# Q  r8 f4 D
21. }
    # r9 V. }2 R4 w+ D5 G, s
22. else
    + c2 \% Z! q5 h& K. m
23. {
    8 i0 W/ U; S. }$ U# N( G
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * N$ r( f% a3 F3 U( |4 R( @5 K
25. }
    
26. }

复制代码

6 z  w6 S7 g- s2 T' q: b+ ^0 G
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html