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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0 g- ~; S; E. E1 ~# L$ V+ j" i) P

; p- e) ]  f/ u+ n6 F

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

5 u$ i9 `: }3 _  x/ @7 F6 X7 E4 w0 `. W

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。

" E$ c. A) j9 \' m* \' w, ^

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。

  
  % @2 k7 q$ O% t" Y& d# _

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。

5 _" Y5 W9 O. d7 m2 |( p1 E一、HTTP网页服务器
+ L7 f  d4 Q( F9 L5 |* ?& S

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)
   # u; m6 Y3 e& K* z2 a
2. {
   ) I, e2 p  {, m
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
     i% t/ C7 ?& p& g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 A7 m4 \3 Y: G: e! s% U) m
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   , b6 t) m' |4 P6 u0 r' M' W
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      y; T9 _/ |9 c9 l
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    , G6 }0 I; D5 F& e" A  ~6 m6 c4 S$ {
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    0 V, k0 Q+ F0 b( I2 T
18.         printf("setsockopt error\n");
    ' I4 m5 Q' {# @% w5 o
19.     }
    ! W5 D* W3 m9 J4 a9 P8 ~1 S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ) r# T0 o+ [. w: I3 g2 d) v0 y
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    : p# k" _9 x5 R% @  t1 g( n9 g7 i6 M
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    3 c" w* r; G$ C1 ]' h! Q- @
25.     }
    3 ]- O, Y" Z) k& v! V- F$ m' A( c
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    5 x' b2 a8 M, @' Q% u: A* E
29.             return -1;
    : ^3 l- o- J" O8 R: u, f; l+ c
30.     }
    7 v! N. X  P( M2 I: x  R/ B  ?
31.     return 0;
    ' k9 k+ a* U( {  _2 J; c% ]
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. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   ; q( Q' J- `+ m7 H% v0 d* n
6. {
   , ~/ k% ^, x: \; D
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   6 n, i# M! V  X/ q3 _1 x- j
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ! J/ w, i& {1 G
9.     。。。
   ( w6 H! J8 x, B2 K4 X
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 q5 k3 |* f4 l: ]$ X! w8 [) b
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;
   ' t2 e4 O! G+ o) T' X6 Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' X9 |( E) C( O0 [
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   3 u+ s" t3 e4 Z: b( f
5. ...
   ! T8 O7 w# C( W
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & b8 k. p* w  d- u) d$ F' I
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
     X, A4 M  [8 P* a8 {) R
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);
   2 K: G+ S8 O5 y. ~9 h* Z+ ~- H- |
10. ...
    
11.     while(1)
    4 \: C( B; |& _3 W6 x9 i3 F7 L( i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    7 G) S1 ]7 i' P. j8 |, Z; f" ~7 H4 M
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;">
   
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" \
     r, k2 I  H- y# y5 `1 k$ I6 O# D
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   * z% ?; J( \) U! U& _, ]
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" \
   4 w4 o7 K4 M0 n" k$ K7 ]6 ~1 ]
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   & n" X0 c3 ?) s. Q' s! h! y
10.             STD_HEADER \
    % ?; i" @# F7 o% k
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . z# `1 l% }" Z0 o3 ?
12.             "\r\n" \
    ! \6 Y2 E: z) g4 j
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 C6 }1 y5 n8 U7 m& V/ w; n
15.     {
    1 E5 p& m8 `( n; ]9 R
16.         free(frame);
    6 i  s" Y6 ~& Q# A4 E
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" \
   ! o$ c% x: F* F6 d
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   $ {+ V0 j  B* F
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * V6 A; E1 X1 h, l# q9 q  f; j
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   # m, M2 K3 ^0 J
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   4 ^/ O; n% [) l! J0 b0 U( D, H0 o
8.         printf("sending frame\n");
   ) a8 N: u, X9 x3 Q% |$ b. d- k
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
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。

1 ]0 C0 P" Z. m% o二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, T4 M6 I8 Y* e: `  {0 k5 z) ?, F# t

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   $ y0 [8 d) t5 Z3 M' N
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   $ ~" ?5 ]3 n$ c* b8 u
4.     if(*socket_found == (~0))
     C+ f% |+ D* q$ w5 g: j5 @6 d; W
5.     {
   1 Y' I4 Q1 n" w  s6 `- i# K
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ Z$ G6 V5 r  X& i0 }% c
7.         return -1;
   3 _- v, A' n3 E* U1 ^+ ~- c  i
8.     }
   ) l8 f( r8 I6 u+ Z2 P; T
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; U3 I3 o; l1 `+ w/ f0 O! K
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / j9 p' u( G- Q; t& ~3 D
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " {7 k- T1 g/ T- \9 r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ( o" L9 c& s3 C( p
14. }

复制代码

' \  A9 M9 v: B5 C
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：


& V# |! O% F9 H8 h7 Y3 Z

1. while(fend > 0)
   ) B6 H4 |) z% }2 O8 P/ q$ {) Q  u
2. {
   7 d# S0 G! c# [3 u/ S
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   1 Y/ X2 l+ L0 s1 m
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    8 H+ \& t2 h. C0 e
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    2 }+ z+ `# b. I+ w$ P$ k
14. }
    0 {! d; z/ t5 t% h" s" p) v
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 w& k. p; W& Z& O& w7 [4 o+ A
17. if(sendbytes == -1)
    9 R! e8 N& S2 a9 E
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    3 c6 ~! ~+ |/ Z, }, Q" n! J) X
23. {
    / b! W" R) f" C' J6 ^/ g
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 J: t6 N; M7 `5 t2 v6 g0 r
25. }
    
26. }

复制代码

- i% p2 q* Q6 m# M. v6 j
8 R' l! u, {  T7 a. x* }' f. viMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html