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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1 p. @  v' l3 X4 s8 H

6 q3 z4 k% b7 P' M) p: 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
6 m( x# k/ U! f0 d) n  g+ X5 C9 U- e* J7 c
4 ]+ l, e- V# `

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。

% ~; B' q; b6 ?5 ]0 h. c( i( Y

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。

  
  $ {1 S: G0 r& K# h

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
* c9 m7 a, W- ?' \( j

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)
   , e" d; a/ Q" \, J9 e2 f& M0 t% [
2. {
   ' A! e0 E# W9 Q: _0 O1 V' A# d! T
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + ~2 f+ n" `: R% ~9 Q/ V
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 `. H+ |. Y6 H6 k
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   - O& x8 J+ |/ K' s2 M% }) l
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.         }
    $ r% P2 s% Q* [0 v9 u8 w' d# Y4 H) Z$ m
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - `) F5 i5 y+ s$ v
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    # R* n, c8 `" p2 d- I
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % n! a1 ?+ Y& f/ o% Q- W
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . d) H7 \4 q8 g6 J" Q; `
24.             return -1;
    4 a6 M2 E0 D. o  I: D
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    8 f2 @2 f% U. y4 N4 c
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 D# t. [& C4 X
29.             return -1;
    4 p" {3 Y5 K  Q) o5 P1 Q0 B
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);
   ( f+ N/ Q; N1 a) o/ d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   . t) K9 S& ?: j" N$ O* x8 S- s! \
3. {
   
4. 。。。
   # [' [5 U* \( U6 L
5. while(1)
   
6. {
   + T" V5 ]7 @! U6 a- O3 r. I$ G
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   % C/ C/ A/ s9 p. m) {
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    6 U% H, [5 C& j
11. }
    
12. 。。。
    , Y& B  K) R% x
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;
   ; d' P& l$ H3 Q! D, G, H. c+ w
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   ( u! G1 k" s8 M% }
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   3 c2 n3 k" y& [! q8 o7 B
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 o4 t5 S" s* `* L8 w3 [
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   : `2 [) a" ]$ @" o
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);
   : j' H) W9 C9 B
10. ...
    
11.     while(1)
    9 Q$ O7 Y3 C7 G/ e! c' d
12.     {
    7 A" Z  M7 T9 Y3 _' s+ p0 Y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    , A1 x+ g' v5 r8 V' r  Z
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;">
   : O1 j( B0 s. _. D- M1 Q! u# R' }
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; g9 t' |- M
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   , Z: h+ ?4 I  d& U# |" X
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   0 [. n9 Q  v2 V
7.     printf("preparing header\n");
   # \7 {" P6 s7 Q" P7 c1 x3 T$ Q* v
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ {, k; i- }6 ]1 W2 {0 G
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   4 g/ V$ O# N2 Q! g/ M
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    3 _7 {4 R) b3 {1 H3 s
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    0 W9 V6 t2 b0 l, g" j$ s- Z) c9 e
16.         free(frame);
    # u+ `  k$ E; `: _* F9 m
17.         return;
    + |5 T: z" e9 U1 f$ L' i7 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" \
   6 _9 [! i1 b  }- j8 a
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   % ~9 O$ M7 E# Y2 E$ ^6 w
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   . w) m+ ^8 ^+ r' H) F
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   5 I* W# B/ \3 ^6 L. b
7.             break;
   , Y2 n" m7 E8 @$ A& n9 m
8.         printf("sending frame\n");
   ) ~" O" f7 `3 ~; A0 a
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    1 P0 }3 u; x+ C# j+ a% y5 \
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 W; a' ~9 u% e+ |3 q5 S: o
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。

5 o9 r( Y2 E' l* 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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 V( C: [" `' x" o4 W- d7 i* `
5.     {
   3 ?) [3 c5 a; h+ U/ x6 r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   9 H6 @+ R" w- e
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ) j( j6 Q# p3 S
11.     addr->sin_port = htons(port);
    8 L! e7 R8 e+ f
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：

1. while(fend > 0)
   . v) W8 r. ?' E% f" Z) W* t
2. {
   9 U, _, W1 h% Q. L+ }: x  a9 G
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 c9 l  l" ?# m. k; V3 k5 d
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . M3 Z' b/ G1 A) k  R: O
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; L5 I0 N5 U! a# H1 C
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % _% q$ E( h8 }3 C, K: n2 H. @
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ) g& z/ a! y  J3 v# m1 p0 l4 r
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    , n  u4 {7 W# ]% ]  {  Y5 u% X
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    7 _! G* K2 F1 t6 n3 a! ~  y
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    3 Z9 s+ d' b# ]; _  X3 _2 w, s
18. {
    : x# X% Z% N4 e" ?! z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * E! R7 G- q- e$ O7 ]0 P+ y5 G
21. }
    6 ?4 i5 Y  }, J: Z" L
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    . }" Q2 O  b$ _- l, i' Y, e3 \
25. }
    : U/ s) @; @" w! k5 x
26. }

复制代码

7 x# M: G" r& m8 y1 d

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html