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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! e, s6 H! g% y% E- N+ A1 ]
% b9 _, ~* j% B

% R* l! T3 S! F7 t% Y& H/ g

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

! F: k  u5 m  S

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。

/ s# A9 B1 ^  N7 ?% V- S

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。

) d/ M; f* |3 M- f; K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. {
   . R$ y+ r) u& h$ A& \$ d" l; Q
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; Y9 n2 s* @1 P$ j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   * o2 F# U! G: m' E6 K4 \, u* I
9.     int ret;
   % l1 A' e1 a) O7 p8 P. }
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # A( g, m' ?2 S. T
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    # F$ q9 C/ Q0 y0 T' v0 C/ K2 ?4 y! |
13.             return -1;
    2 a" `: m+ ~: b3 a7 T
14.         }
    1 {( P- ^/ T7 L* R; z0 m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    9 o) a8 l. i" k$ H: w, H' \
17.     {
    2 C8 ^" n! q  L" T/ G; R  m0 D
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - V' I) e0 ~0 U# ]) c) ]" Q7 n  o
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ ?5 k$ o, p0 Y4 _5 W
24.             return -1;
    0 u9 K: n4 g$ e
25.     }
    # x) |) O. k% A4 k6 y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 w# }, q8 O, h: D% P/ [
27.     {
    " ?# x1 E5 G3 W, }, Z" x- y
28.             printf("Listen failed!\n");
    8 G2 d% {7 ^  \/ `' ]  Z  T
29.             return -1;
    # }  I7 a2 _& T& z' Y2 G$ J
30.     }
    " C; Y* I$ B- ~5 ]6 E9 @+ S
31.     return 0;
    + v2 R9 {5 u- e) Z
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. 。。。
   ( V# X) q1 V, L! J7 k/ r/ R
5. while(1)
   
6. {
   # ^" w5 r+ [. O: t; A3 m6 L' D' P
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ) x/ w3 _' }+ A
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 F. z! p$ T5 W1 m
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ( [( E/ j3 W% M$ E' Y
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);
   9 ^8 D" b& [# x  B( n, J
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' Y2 B9 `1 O, j2 a" C
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;
   ; m. ~& M& K& k6 U2 Y" U3 B0 h( p
2. pthread_cond_t pct;
   ' b; z' E  K- Y* d+ h
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ; S& }) O" p# H9 {* ?. \( C
5. ...
   . }7 v3 R8 b$ j
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 j: E6 R# Z/ N+ p( n! m1 T. h
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   , r! i$ R' T4 F5 {4 L
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    . |0 @& \7 e  }' d* }& d- S0 L
11.     while(1)
    
12.     {
    2 W6 _; i; K6 ~* G8 ^+ G
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;">
   
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" \
   - T: ^0 e) L0 B' k) k4 p
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : C; w  `" z. n- n) a4 F8 F
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   / d- h/ \/ i& ]7 c; A. E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   2 `0 j4 |" B5 H8 z5 Y9 O
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   * p/ M% A6 \' S- j4 p0 U$ ~0 _8 J
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" \
   & O# ]. ?. x/ r8 N$ |/ _; @
10.             STD_HEADER \
    0 }  B, L# _8 r' d7 m
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)
    " P9 V2 L( F/ ^0 a- X
15.     {
    ; R+ W! R6 c3 R1 W: A0 l9 ?5 U
16.         free(frame);
    ! T* @; [7 v: G& e/ c
17.         return;
    , E/ F/ Y5 b0 k% `) ?3 j+ s! T
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" \
   1 m: N( \6 s- e- G7 l) E* i+ h
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & C6 e+ c0 Q% N! b- P( L
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . C) q+ i+ q/ k) E- v( A/ q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & d0 S6 a2 @( g- @. e3 ~5 P
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   % Q' Z6 P9 ^2 D# L( a& w
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 p# ?% e( j: f4 K. H) K$ F$ l
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    / @% c' w8 N  n8 U+ r
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    0 _3 y& K- u( @: @/ M  h: e
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。

& b8 L' @  x, b! f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)
   & f$ g. V7 S* g# P% P
2. {
   + ]7 u! Q2 D! |9 t# _7 g( i' S
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   " R* R( K1 j% P) t% ]
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ( V2 k- }# U6 s. U8 I* C
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
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);
    - X) c6 x& O6 x
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    8 x2 P! D; R2 t7 ?5 ]+ a% u; ?: f
14. }

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4 H& y6 e# m& u, |! ]$ @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：

, ?: ^, P/ X. z4 ?$ @8 {

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 O, F* i! T6 n5 L% R; T
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / U8 h* I6 T% s" G. |6 _
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + ?) p. Y: G; q/ Z$ R' ~8 q
6. {
   : d9 r3 s* N8 m* E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    9 r3 Y6 I9 {1 C( I
11. {
    
12. picture.length = fend;
    2 t" w, M+ @+ @- {6 V
13. picture.fin = 1;
    / T) b% ?& ]* B  E) w
14. }
    1 u8 X" L# `4 s) |6 L
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + q/ S! J( o3 W; g1 c: U
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # V! ?; Y0 h$ N
17. if(sendbytes == -1)
    $ u; m0 A+ C5 J# i# c/ w  A. j
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 @& ~3 b8 |! X4 a
20. return -1;
    
21. }
    : d; M8 w) R. H
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    6 w: L1 V: a$ }7 \% ~$ q7 ^3 l
26. }

复制代码

, J' L  o, f) S1 q7 t; P# s
! W! y3 `  l8 R& l# g) D. b" u

7 v* C: \6 ]7 Q. b, F, _2 L( e
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html