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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2 ^. U" B+ b. Q" s$ K

$ ~) b- l" Y& ?9 o2 N2 N8 v! e1 S

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
, L. P, a( D# y1 k+ r

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。

) e4 e% l. c) U

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。

  
  / T( s8 o3 k, V

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。

% W/ O5 c% G/ {  S5 F一、HTTP网页服务器
* h. g  K! N9 K  \& }8 J$ H* N

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. {
   2 S' d3 Q8 v8 G& q! e, @' W6 }; {
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . q) L- J& o# Y. c
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 k5 O+ ~6 {" h3 ?. f
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);
   
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.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ! v. ^) f' @. ?
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 Y$ a* @( d) h9 f  n% O! Y
19.     }
    ) l7 R- Z" F2 ~0 Z
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 S( T5 J+ W4 M1 e- R! F5 F, @
21.     if(ret == -1)
    3 z" O1 T# i4 M/ W) n1 l
22.     {
    . f. B4 s1 b/ W
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    1 w3 q2 B* }$ k0 s& ^# y2 \. M
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 k/ _% ~4 s' o+ @0 j8 {
27.     {
    + \/ t7 Y4 x* \+ i
28.             printf("Listen failed!\n");
      f9 s/ ]1 j" C  l" m+ ], g
29.             return -1;
    ! Y. u! l, i0 s$ C* O, I( z! I  c
30.     }
    + q; b" }/ y& z: ?
31.     return 0;
    ' }" p0 {& z! H8 a
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)
   + \1 Y0 n& H, X, W5 j
3. {
   
4. 。。。
   + ~- a4 n4 y* @0 D. E9 e0 l
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   1 m! J& n8 R6 P8 ^  Q' s0 |$ B5 @
9.     。。。
   1 O: Q) c8 T  U1 ?; x
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    * u& m) s5 S2 r# V* j6 f2 n
11. }
    ' E  V8 r" p" z  z
12. 。。。
    
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);
   0 V" G, V% E% \; @7 Q$ z
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 J: B3 I+ o. y6 n8 F
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) v% m" b% ]" B& e. q' n! p
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;
   . p/ S' f2 B* Z' D- p
2. pthread_cond_t pct;
   ) z; N# e' }+ r- t2 w
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   1 ]/ V" O8 ]# {* }$ c% ?) S4 B; D
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 v4 P. G( b, a7 M4 H7 b
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . Y2 L6 j8 e" k: \
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * P: ~/ j- D7 ^  i6 _+ v9 N
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    + I3 P; Q3 k7 V  w
11.     while(1)
    
12.     {
    # e- \+ u# z) f$ f" \" |
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    : a; e6 ~# K$ _$ D5 X1 s
14. ...
    6 k$ L) C' s+ ]1 g: z  R
15.     }
    9 A5 g" J8 U. ^" s7 g
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;">
   3 T* n$ T- k# W5 b
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" \
   ' d$ ^& m8 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" \
   9 o; I/ U: o( f' L2 A3 v
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   0 u- G) C2 g  I, f% A3 C
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" \
   5 [+ T; M1 k) F4 u5 P3 s
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ! b2 [' u6 ~3 h% H- N
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) \0 R! R" E6 H/ {% C$ |
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ; i; B2 k2 M; h# ~8 q# B" o
16.         free(frame);
    
17.         return;
    * U: G( w; V* [' A, B2 Z: `
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" \
   5 o, G0 Q" E& c' B, S. q; y
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 N$ i. A. [3 B9 T+ t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   5 x7 `/ I6 J  M8 w3 S( d7 P+ @/ \! d
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ) X6 d, O! k- h8 x, r$ C: h
7.             break;
   : u8 f- A) I3 j% l' a/ [
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / O. G  y5 D: W. n7 L/ \/ ?
10.             break;
    / I" v( t6 c' _+ L2 ?
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 O2 l* }& _) Y9 L: b& W) o6 `
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 Z9 v- z4 Q0 t& E
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 g' J- O. Z3 v

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( T  f0 t% D' g6 w5 O' K8 w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ! z# v; [7 i7 c! M6 e% i( y1 \1 {: t
2. {
   8 ]0 g; ?3 u6 {7 D% b! x  j7 F
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; D  B1 h0 T( \( l
4.     if(*socket_found == (~0))
   : Q/ v- A; a5 g( B6 D
5.     {
   ( m" e1 N2 D% r; q' K/ F; w+ @( Z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     D% e  i) }7 ^9 R3 b& N8 }) k
7.         return -1;
   
8.     }
   ( N3 ?( Z6 N1 c* o) B! Z/ G
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / {# C5 d! O+ Y( N8 |$ Q! ^! \
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    2 [' p% c2 R: g2 L
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：
% b' R5 Q  ~* ~6 I2 B, c

% K+ g( R4 m& F+ K9 e& _3 O4 ~

1. while(fend > 0)
   & Y: W+ ]6 [$ p1 r9 \3 N
2. {
   6 |' F6 b  x5 v& |' O
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; o) H) y8 @; G* x7 ^
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   8 \( H2 [0 }. G# ?- M2 V; @# t* b
6. {
   # x% c5 R# H( s( s& y- i4 ]
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 O4 l. n/ y& k9 M4 w- |
8. picture.fin = 0;
   ! s0 x$ B) r) g  F& |  }: ?
9. }
   
10. else
    7 [" S/ k3 V) }8 K; a
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ! g: j: f6 ^+ h7 A# Y
13. picture.fin = 1;
    7 x# A! B, B- x- f) M2 }" ?' g
14. }
    % [$ s! f. ]! Q4 n* ~3 [
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ) o) W( `( X0 x, m) }) w
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    " l' R4 U4 W5 I* x' q. L
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    " V5 x3 J0 m+ g2 o* L3 X/ h6 n
20. return -1;
    
21. }
    " K. _. _- L+ }: j
22. else
    
23. {
    8 s4 m/ O; x; k
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    2 X' s, `" Z0 }0 [6 w
25. }
    
26. }

复制代码

7 ~2 V  [8 N$ |1 Q
$ J3 D2 r( a3 t: X6 t$ s. p  h

* A, x- a/ l, \2 g2 ]# b6 y
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html