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 [$ S; g+ R+ ?/ [' N; D- k

# b8 }  d/ R% D7 q$ ]

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! E; z& Z6 |; ~9 F
) R3 r) t: [0 K; k# e

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。

6 ?. V1 Q* }2 t  s2 P% x

5 u1 t' D2 }% R3 G- M- 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。

  
  + k9 H* K7 f' m0 f" e

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。

! T/ W: Z; j" L& F! o5 [一、HTTP网页服务器
( ~$ G& I) Z  G" F" ^+ V* a! W

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);
   . l7 [. `( V: _$ |9 j0 G0 @
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & I; D/ P0 E  z9 w1 f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) C, j5 t: Z8 H" U8 J( U
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)
    / G0 T/ ]8 U- D
11.         {
      O  w0 @" G6 Q
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    - W" N+ {0 N: x. @
13.             return -1;
    1 x& Z7 n( E5 f" M2 F
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    9 T- h% ]: s) X2 ~2 K" D5 F
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    + T# e) q: g' I7 N* {/ g9 e
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    8 D* y5 H3 H. }$ z1 f6 p, |
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    : l' d1 D* P/ ~! n4 X+ L5 J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    , J% d4 |5 Y% s; M4 \
30.     }
    
31.     return 0;
    3 H0 r3 }6 a9 d
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);
   " P5 f& R1 z  O0 D1 P/ B! c/ a0 D
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   $ F6 \0 w( p3 r" i+ v
4. 。。。
   # f) y4 D1 n1 _3 P# S0 f5 P, j
5. while(1)
   
6. {
   5 R7 `) L/ U! w& ~$ V3 `( c
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 z6 A. E1 f1 n, @$ D1 Y+ g% q3 A
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   4 M: Z* }2 [0 F* m: v! _
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ; x8 h5 x% L, u0 C8 Y2 @6 M8 C
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;
   - T, Y4 Y, r4 B
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % z6 G" l& x! ]- i9 t% o8 I* l7 Z9 y# 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[])
   " Q, Z( [& [) D( k$ h: H# q
4. {
   3 O6 X: [, X  n. o2 `# P0 E, n# V7 \
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   6 H4 j, U0 `& n) b
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   4 [" s5 |2 v7 u7 Q( [, t4 `) ?7 [
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    9 x! [& e$ p  O6 R( V. i
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 ^4 g  o  ^# J; B+ n. U1 L
14. ...
    ( n1 _3 h; t0 J2 Q3 C  [
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   : _# V3 m8 Z7 U& z: k: `
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ' ?( c2 ?. \5 ^9 U* j
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   . T: i4 R' \! ?5 ]$ w1 M5 Z$ y0 F
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ! v" @, z$ b1 h" I: `+ V
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   0 U7 z% b) N2 B% t, q
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ' |/ F* W+ W- U* \$ {6 j8 S( ?) m. s6 B
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 w1 a% m/ I& U0 ?
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : T9 W& `9 ^9 X* ^
10.             STD_HEADER \
    1 W6 R/ j, W- {. ]4 v- m+ u0 _
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    0 ?* |& R, w3 K# u2 W
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   4 D9 C3 l6 |9 o& ~9 M8 n5 r
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 t& L+ b3 |' |: V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / g& a# A" R& L& O2 B7 I3 I; A
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   % `" T4 o- e9 w1 T' T
7.             break;
   0 S) `8 {' N: H
8.         printf("sending frame\n");
   4 g- |& R1 \4 B2 z$ x0 t; L
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , }3 K- q$ f" K& Z' _( [
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    . {8 C' V0 [' {4 f
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    4 R& o1 C4 v/ w$ ~2 V! L2 j
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 U2 D, i2 [: }( r- I
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。

$ S% J- o: d" P6 c; R  h9 G二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
7 i+ N% F1 L8 B3 U! ^

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ) n2 T# z/ {$ D  T8 n
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 V& Y0 q0 G) j4 @" Z: b+ t
4.     if(*socket_found == (~0))
   + r/ {" g; [. A) W! @
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   9 P( K/ @0 C1 z" {
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 f$ }& [6 N/ P
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + U3 P& L: W% [
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ k/ I; `# ~/ I& e! |' M
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

. `. m4 ?' f8 ~: F/ y# T7 H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：

# E/ Q6 y+ `! d/ R5 f
% Z; [8 T7 ^& ?: t6 G

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 D1 t( i" ]& f9 @/ D5 |6 O5 h/ @
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & g6 R' S! v. T
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ' j+ F7 \- }% v2 E* \, I  o1 W
8. picture.fin = 0;
   2 H/ D- A) A0 M% i& {
9. }
   
10. else
    
11. {
    % j: H8 r4 [( j5 ?' o- V
12. picture.length = fend;
    ( c1 K6 \, H2 e* n
13. picture.fin = 1;
    2 ]3 r7 {6 Y$ d6 U& a: z( |1 K' J
14. }
      I: o  f* }/ w) N$ ]
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)
    & G& p' u) [9 v' V3 {# I! ?
18. {
    7 e1 H; B, E' F6 r6 W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    + X; ~: }/ I* f& @, d" A5 t( X
21. }
    6 k- V! l) {+ H
22. else
    ; i# D1 \  w5 @* x* M- F% R
23. {
    " W& A& D/ o3 I
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    " v5 S8 N; F& o) L4 \
26. }

复制代码

( C( b% a) G  ~. G; C: p
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html