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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+ [, H) J+ F: f8 N
8 x0 o( w3 ^* c  y4 ~% ~! z

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
. ]$ ?, I0 M0 m

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。

! _" T0 n8 a5 W- o7 G4 e* C4 V

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。

  
  / @! g: i- W7 C) ~4 L! c2 s

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
& P7 u: n6 p! r( _' h, Z

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)
   6 l, B4 ~+ K& m( u3 u
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   : A' `/ \" m" y" m. t* w3 y
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     V+ V/ e& q6 F# Z/ D# w+ K" {1 i
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 U" @  ?- X6 [) a
9.     int ret;
   . e5 G( `# R. J+ m+ z: H
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;
    ( r4 d) z& x( O' Y* k# i3 ~
14.         }
    / h" [2 c& `" z: D9 _. Z7 w
15.     int on = 1;
    5 c; H, e- A  Z# k% F7 ^
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - o3 p  Z! B- H5 v$ k9 x4 E4 Q
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    8 s5 t9 p% N6 I  S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 t: M! M' q/ U: f, l8 q% n) J+ \
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    3 \, H5 k( [: X5 N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    8 Q+ ^0 G" Z. K) R  W0 c" [
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / [8 y# O6 j2 }* v
27.     {
    & j7 i/ n, {/ C! K( H
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ; i* g8 B" P+ V
3. {
   
4. 。。。
   0 i+ k% g2 Q8 |8 S
5. while(1)
   1 }/ C/ X- C. Z6 n8 G' B! C1 j5 J
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - @( A& U- L8 Z5 j/ W' S/ B9 K( p) t
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ( L9 W; C1 _) X* l% f1 b
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    8 a! i% \) H' |* Q, }
11. }
    ) j: n- r. z) A
12. 。。。
    & x' j$ R$ z- o/ C' S$ O/ U
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);
   8 }3 G' n4 J2 C5 b- d& d& ]0 A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   - p& E( L5 w( B. l3 d- }! E) M
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; v. n/ |4 {( u2 g2 \9 D" Y
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;
   " B2 F9 S8 p! w6 ^: E
3. int main(int argc, char* argv[])
     K+ y, ]4 ^- ~
4. {
   5 [4 L8 \8 y/ h9 {2 I. l8 p
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 O' |- c! ]$ u! W- c; V
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 j- `8 z/ m* \+ @; s/ u
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    ' B* L; F8 l0 E
11.     while(1)
    . U4 }) a, f1 O$ @
12.     {
    " g& i! [. ^4 t9 p0 [6 _& \2 y  O
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    4 I5 ~8 c1 s7 E. U8 h7 S$ m
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;">
   ' [! {4 Z& R  n  t* p' N
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" \
   0 y6 \' d* o5 r$ w1 V7 j7 O
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + J4 b8 T* q7 x
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , L8 C5 T1 K; _9 l# q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ) A' I6 c/ `+ w( T5 k; e  f# @
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    4 k" W' W) W& N6 l8 Y9 ?* G) }
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    / Q4 m  Y+ C/ W! P& j
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" \
   ( u% P' W7 C7 ^! j
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' A. R, D9 i& S! E& N1 U5 Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( p# N: x$ g, M' S) m% u
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * R) l# }; [) e/ Y' q! C/ W# b0 O
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % j1 u' R% q% ]6 \5 d( S. S; K' L
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " z6 ?7 n$ y! R+ s" r
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。

9 n" h6 `7 A' D" b* H

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)
   3 \4 Y% v( ?" A* _' T: `
2. {
   . k" ]# J+ J! h  s: j4 F8 B
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   / M5 T% a8 c5 n0 H
5.     {
   " _- t+ X, l" B/ Y. K+ S
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   1 Y1 I6 p! ~! M; H* }
7.         return -1;
   
8.     }
   ' s4 D: x" e  _
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; F+ X* q1 D2 J
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 ?- d* |! N8 Q/ W3 H  D0 \! c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . q3 `3 P- K$ A: {8 B; }
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    , w( i) \( x" {3 |8 O
14. }

复制代码

1 N. ^& W6 I) ]
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：
6 @. T. j6 E4 W  x& H6 D: T

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ; B, C  h/ v0 s2 [2 a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   . f) `. R& @2 {! w* f  H( D' @
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 O$ }* i5 x- A9 w1 I* D% _
6. {
   7 g# Y' x- M5 c0 D  S- E+ ^2 E* a
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   $ h' Z$ z/ l" `0 Y
8. picture.fin = 0;
   , v$ H4 D( B: l. \# @* S$ g
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    / V; @1 Z' X  f  r% a: R
14. }
    - Z6 @' U! @% k2 w. d
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)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 h- ~* ]6 M0 @6 B8 A* k
20. return -1;
    ! G2 e& O5 ^2 I. H1 C+ p# ?
21. }
    . g4 L+ b& ^2 w3 ~
22. else
    2 j+ Z) K" A% V5 q  O7 d( K9 W* Z
23. {
    ; M4 L) c2 }# l, @0 j
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    2 p! b4 p: a3 Q; \' R
26. }

复制代码

6 E) t' z, i1 C5 f2 G

4 ]! [/ i" R% X7 K3 x9 @& b3 ?
; @4 L9 d( W- _) G0 y# HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html