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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. _+ w* o8 Z* ]2 }7 M$ ?7 E

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

  g- v& j" l- ?! o8 Y) \6 `; `! N

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。

: r: h; _4 Y* [6 i% o# |7 ]

* w: }$ Q) ~* d2 n! g! T

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
' M. r  T0 k- ~' o

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)
   5 R# R$ F- P3 n/ X/ @
2. {
   . M; T! B# x+ A  L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' u1 w( o' D# q, `- o9 V
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   6 J) D3 K( x! P; I0 B3 _
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * \- m( c( R$ o+ h4 T# @
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ; K: b4 ~7 h& V  A  D! e
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 o' b  e/ e% W2 T8 h0 K3 S% ^5 P
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    # V; p: d+ s+ T# I6 C
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , J# X5 I! P& G5 t7 Z" c4 P: f& P2 S
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    . ?2 R+ ]4 Q; k5 ]# A6 l. n
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + C; s. ^# {" [; M' k4 }, d( _, q
24.             return -1;
    
25.     }
    : L& ]. k0 w% X/ W! O
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    1 s3 K+ A- q$ o8 [
27.     {
    4 R$ ]% b% D" F2 G0 n  t
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    8 Z& w* y0 ~  `" g: p+ y. b$ {8 O
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);
   1 G5 k0 `0 c) t8 `) R2 i
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 ~; O. f% v& k; F5 Q
3. {
   + @. ^, I3 R6 D" q. O0 d- }
4. 。。。
   5 D; R8 g8 e2 w8 ?
5. while(1)
   ' H6 P+ M; Q3 @+ W$ r# J7 l' D. x6 l
6. {
   , Z: P' y/ V$ e' r& N
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ) X6 N- U: R1 W: l" i
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   - R- I: ~! K( @; q4 M
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    : P) R+ I7 C7 v4 j: X# r
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;
   
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;
   ( ]1 L0 g" \( D2 u
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   . E& k# R+ l& t8 O: N
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.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ( F$ z) q! A( i
10. ...
    9 T0 V* o/ ~+ u1 @, G# V$ |
11.     while(1)
    . _9 j5 V0 k- \7 [$ a0 r  z% A
12.     {
    3 W8 ~. I& \- }3 Y: I! ~
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    & V1 _3 f0 t0 A0 @$ ~
15.     }
    , G* T4 l8 K! B9 M' }8 }& r# M5 K
16. ...
    3 x; h* g1 n9 O  j2 j6 b
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;">
   $ Q+ W' U# Q8 J2 @3 d$ z5 u
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" \
   , D* O* y8 r- Z  O7 D, @
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , p/ v5 [/ K- a( c
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - q) J6 q* F7 p% I7 j; W
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   5 b& U3 A  _: Q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    : G2 f, \- v" g5 O/ d/ F
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 v$ m' `+ e' b6 Y3 d
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) `6 q' d  w7 b0 h
17.         return;
    * g, C6 ~8 ]  u7 A
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" \
   , }- \0 P  O' z3 |  F+ D8 x- l
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   7 t0 T: v9 M* i, |1 y9 u, b
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   . O6 W' J  k  O. w' P$ c$ X6 Z' ]
10.             break;
    + S# e8 h0 f4 Y0 g' w% l
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

: ]' [, S( `2 W& u7 X" I. O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))
   
5.     {
   / [8 c( y. {6 s. M
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   & }5 e) t* P3 a( O, O
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 ]4 x1 c& w3 b5 y
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ! v/ E6 e& o% Y0 b* u& Z
14. }

复制代码

5 k8 [: O  u/ M  E0 ~/ d( w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：
$ a* K6 Y9 P3 I: |' K
, q- s- D: P  G9 O8 b
$ C6 P- G: m) B) N, {

1. while(fend > 0)
   
2. {
   6 n/ W' C& E$ G8 Y& e
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 `# D$ [8 U7 w# o" k+ Q1 f5 q
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & ~( y* {  L5 r3 _/ L1 F
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   / n" Y1 B4 \: p3 ]; C* @8 n
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & U8 Y) _: g! a" q; Q. D& {
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   , `. h$ T3 @, z- x6 S, l, o
10. else
      K: R2 C3 x2 B1 N! J
11. {
    ; E! i! l4 z+ S  N/ S3 p4 m7 \/ g
12. picture.length = fend;
    8 b: S) Q7 u" `" v5 ]/ V1 Z
13. picture.fin = 1;
    2 D# L6 f3 `7 `3 O
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 i  |# m% v* }2 P) n; ~* x4 A
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( K8 O% `' X( T/ @; \0 a+ T( x
17. if(sendbytes == -1)
    ( \+ F% U% m- j( v( X8 J
18. {
    2 T, V& s& ~5 J$ h- i" N
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    # B0 i" l" b$ j2 _# O: U, J; K
21. }
    . J6 O. J! ^4 i6 y, I9 L
22. else
    ' j% c: c: f2 _* q
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    1 r# |9 @! d8 |" ], j) w
26. }

复制代码

0 Q9 U& e/ S% Y. F

, |( G; I: y) u  T6 OiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html