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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8 {/ _5 a/ N2 q- d
$ Q3 }; R3 Y( W! y' ~- j

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

2 w  L7 R- J0 S. F4 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。

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。

  
  6 s9 x) ?1 ~& y) K( m

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / B; [% K/ q1 E0 _. a
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   + x$ _! N; G) c
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    6 X# z3 {! M* `
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * A) W& b& |; ?, @$ P, Z
13.             return -1;
    
14.         }
    7 m# _9 k9 T, ?8 g3 O% {
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    8 p$ T( K$ z4 f3 x3 c
17.     {
    $ |5 U* @# V6 u* z
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) |+ N9 }: y! L; u4 @; `) \0 T
27.     {
    # R+ P9 C1 s. ~: r
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    " g. z: [- a4 B$ p0 x
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);
   , @( z; X: y( B$ B3 ~1 j/ C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! v3 W# y+ F, c# _; ?/ C' z
3. {
   
4. 。。。
   / ?# l3 ^  A& x! k( z. O4 v
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   3 ^9 l* P+ S2 }& w
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + v4 @  B# z1 l% j% D
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * l- Z- f1 O5 z' J0 E( U" a8 e
11. }
    2 x$ l( i. `: P2 Q, A
12. 。。。
    0 {1 Y- [" g: j! S0 ]
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);
   % H" {7 M5 f" L& G
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   - O/ e! [) c& d; g
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   & o/ Y6 A! A2 M1 X$ l% U( r" o' B/ f( e
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   - i- a; Y# N3 A
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[])
   6 C& p) d( g/ \, E
4. {
   " \1 U* q- D  t* O' D' B) ^
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 U: n1 c8 E  |7 \- Q1 s
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);
   ) P' j0 O* a3 Y( ~4 w# u
10. ...
    ; i% u  N; m/ a# V+ x3 P
11.     while(1)
    
12.     {
    # k# g* K8 @7 Y  Q! H! W
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    6 e, N9 W; _, b+ H; s; O' @
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 k2 V* ~: A" }* h/ [
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" \
   $ k- n1 l5 [4 K
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   0 u0 V4 ?) k9 E5 T2 j' A+ l4 A
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + J3 P4 W7 U+ i  s0 n3 G( P" A' O/ {
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   % d& X' p7 ~/ f1 M3 D0 B5 u+ {
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   7 L4 o9 `/ V2 o( [! F! j' o
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    6 O1 B6 n) {+ g: m4 ?( A, c
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! o- G9 O/ h5 O& ^) m: x8 S
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    - t$ w( [9 F5 m$ 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" \
   & ~$ H; w0 Y* t) n; s
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");
   8 E. l8 j! R) z( H, k. T4 J
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   & m$ ^! R7 v  Q+ o
7.             break;
   % I( \, R5 B3 p% M. \8 k
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; M  W! g. O) y8 f8 K  \2 A
10.             break;
    . C# i2 z9 j- T8 X$ o3 j4 ]- V
11.         printf("sending boundary\n");
    " N9 M, t' |/ g; ~$ z% X/ H9 C
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( c: m! T1 H( h- X
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：
4 z4 G) G6 q8 y, J& s+ q4 G5 D

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ' y6 l3 ?/ W* c1 `+ z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   9 X9 M. F, J' o, f
4.     if(*socket_found == (~0))
   " u3 H+ A  a# T# y
5.     {
   # f4 b8 V& O$ f# J5 v& r) z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : L. G# ^0 ?! b8 Q# G, ?
7.         return -1;
   $ E. Q4 i& H2 X0 B) Z
8.     }
   % ^5 A- b0 d' r4 H  @
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     X) m7 n' ~0 R
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / _! F. T( G, e1 t. A) n1 [/ W4 ]
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! ^, H" @/ g8 f) Y/ o9 C, I
13.     return 0;
    * f' d" A: l3 g
14. }

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+ a* x8 F' ]- ~
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：
. A1 F7 E- E& O! W) D: v& ]$ D; J. A

$ W$ R8 v) T3 _. V: [$ @/ a

1. while(fend > 0)
   * x) B* b5 n% ^" a: ~
2. {
   6 Y# f7 E  [1 ~- E
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 G5 m( q. j: D* R" q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
     [. g" q$ |8 Y6 b1 l
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 j8 P, @5 s, f5 d1 ?% P
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    4 ], a% n# n( X- s& n# i
11. {
    
12. picture.length = fend;
    . `. I/ N1 I% V( ^7 h( `
13. picture.fin = 1;
    ( [7 E3 p8 \' g! q
14. }
    4 v/ R  u% v3 w  B8 ?7 T
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 i  x) @' q4 a2 R
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    / b; {& r9 k. ~4 m8 }4 d1 a
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 |' ?+ B' ^  q! I& L; m" [
20. return -1;
    ( T: M& J6 ]* q  _/ i: B1 h
21. }
    , `! [. Z- |, [' ?3 j. h( C7 z
22. else
    / A8 v8 q7 L# q4 Y% ^- c- D
23. {
    8 A' y3 _+ g' T+ B0 _
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

5 w9 o6 `6 ?; b6 A$ E* G9 O" Z* fiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html