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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5 ~5 q$ J- L9 h  w0 A7 {* O: }

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
# ~0 L( |; D/ f4 P
' d6 O/ n* q1 s) A8 T" t3 ^( G

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。

  R8 [. B* i) E, ~: z: E+ ]

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。

7 |* @+ V, @& n+ [. y' Y一、HTTP网页服务器
! v0 }. R) e" B4 u

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. {
   5 Y- O1 @. N; ]  I* R
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & ?) _. a9 l/ K; K, [! E" V) B
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   7 L- n# k0 {% q' R9 F& Q) @9 @
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 v$ n' V- p3 m1 c, u
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 `7 Q- k4 m6 A9 l
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    - E6 \$ ?" Z7 [+ B
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    % i; W5 _+ m" ]
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . K  _$ G9 T1 \* ?, ?, C/ w0 k
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    & U- d3 r* u, n! p1 V5 p
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / ?) z. i8 K6 v  {  s
21.     if(ret == -1)
    ; T3 c# Q( ^) s) `) ^& N' v8 @& m: O
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    * P# x8 P+ s% l  P) Y
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * K7 I6 F4 u8 P- W8 _4 @
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    3 ]. Q) C2 k& j7 ]; n
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    : O1 ^! e5 i8 X$ u0 y
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);
   ' A2 `3 f! k6 h; Q: H* o7 d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % l! R, u# V7 g5 t( ?
3. {
   
4. 。。。
   1 g. @) U+ O6 @
5. while(1)
   3 ]4 X, D$ ]2 ?. t8 X
6. {
   6 U$ z0 V. ^  y3 S( p! ~
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   , R- W+ l# B, k1 U6 ^+ P8 {3 F
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # Y9 M7 s  M3 _6 W
11. }
    6 N5 B$ t1 B1 ^9 d- J2 E1 C7 `
12. 。。。
    ( s& |& T9 b' z0 \/ i3 W! \$ D
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);
   % u' d* k! U3 y
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   : ^  `+ \6 A' R% I  h
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ) K2 o; d: \" c3 `
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + c' u9 e' k8 P; B) c; V
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;
     ]+ Y8 P6 d& F- }- r7 q% o7 j& z: ]
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   * G* j4 L% r% L- [
4. {
   
5. ...
   # ?0 u4 M1 B0 a8 N. z+ C
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   # A' i8 e! j$ G
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : s8 C/ S* p; }
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   : h: u  ]! J' y4 n
10. ...
    5 D0 c/ {3 t& V, T& H2 D
11.     while(1)
    9 s$ A  }* K  g. @
12.     {
    
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;">
   & U0 j/ {( N4 J% |- g+ O& K% v
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" \
   " l& k1 }" Z' S. }$ R
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     P9 |! }/ c. C" W, ?7 Y9 O
7.     printf("preparing header\n");
   0 |# n) _- ^! ^# \* |3 p! f( o0 e$ H# z) h
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ( m, a* N* p  w  q, J" @
10.             STD_HEADER \
    8 `; H" M  {  p6 w. H
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    5 m; Y$ c3 p3 i. m& g* |
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    5 U# N, Q1 }" k& X. Z& U
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ' z! N' |( @4 B2 V: L
15.     {
    1 \9 d( w1 F8 n
16.         free(frame);
    - i- m% P* A7 ]! u1 P: f( @* f
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ; `0 D& }; }! F6 c* `# k' }
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' O( W' A3 ^) }# G' S  J( i; ?; E
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   % [) \6 y9 z  E2 N$ O# a
8.         printf("sending frame\n");
   8 `/ {. v, n: K# @( r
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( h+ w- ~$ m  B) [0 q" |
10.             break;
      L7 l" Z, N5 o( e6 g
11.         printf("sending boundary\n");
    ! o9 v' }' K! e3 L
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( x0 U. A) k% n6 h8 A& N& r  j
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。

$ {# y( ~: `9 C# ]8 w: r. g二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) C/ o! `- j9 x1 V) H/ l0 o2 F

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);
   5 V/ ~/ z+ V7 }" L
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   7 @6 _5 z3 B, s/ T: i
8.     }
   6 y4 ~0 m+ h# R" P- O2 e7 [
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 _# T) j$ G" ^& m# a% Y# Y
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    * X' V3 g6 e% s5 T0 _1 e" L
13.     return 0;
    
14. }

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; N" k. A$ R% N- j( u& V# i
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：

  O% x+ j: P, A+ P

1. while(fend > 0)
   ' {8 e  @2 @- F9 w2 O* U% k! C
2. {
   ( Z" ]! W( o) j5 o; v
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   $ b5 j* v: |; l, w
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   , ~  `, J3 N* f6 N' p" N
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   0 g9 C) k( \7 X  ?3 j! A
10. else
    * @  n$ l& w+ I7 H$ G( K& L
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . X' C; D8 |' c; Y! ^; r9 S! y
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    * A; _# b2 L5 M2 B0 s
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
      R) G/ l! I" E$ G
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 _0 B6 }' @4 [- I& n4 [
20. return -1;
    
21. }
    ; t- U/ f1 S6 J
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    4 t; R- y+ z! A
26. }

复制代码

& [  k7 m  {  g! k2 L; j& YiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html