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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+ a+ @3 w- w5 p/ u* Z0 X1 }" U; M( ?1 e

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
* ?. ~* b% m: [( m5 V4 d# x8 B0 D
5 ?& b/ I* n; L7 A# I" p

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。

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。

  
  # y% _  f3 F9 f7 Q* d

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。

3 A7 y) v& z8 `一、HTTP网页服务器
: G% W0 s1 ~; X3 ^& k' J9 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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   + c8 F5 y0 z0 ~6 X8 Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   % R& |2 U" v4 {: S  j
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   " K. J+ o% z; X; p6 M! Q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   5 U) `  }3 Q. a* o, d  Y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + u: n& q" y8 E! w6 l
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    2 D  x( U1 X6 x' P9 j! b1 p
14.         }
    8 T1 U3 f. D1 n* b  V/ M
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : u; O( `1 [9 C" h% y7 D+ X: y
17.     {
    , M2 |; U4 ^2 l/ k" ~' G6 W
18.         printf("setsockopt error\n");
    + b' H: o* t# R  m
19.     }
    . H" S8 C$ N% o4 n7 ?. x
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    3 p! O  p! c5 R) y. e
21.     if(ret == -1)
    # K2 e2 e/ C- I+ T+ }$ R
22.     {
    0 y0 `. ^3 s7 j" _
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    2 H) u$ ^2 y: w$ K- |
25.     }
    2 @+ R8 u) f! A) `
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    - O6 |/ k1 c% S
27.     {
    & w' P% ]$ k0 x2 ^- o
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ! }9 ?2 x% F* g1 i
30.     }
    6 t& f: y3 V( ]1 D
31.     return 0;
    5 A# I2 x$ ~3 U6 m- r, ]3 R/ C
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)
   ( R: K0 o3 F2 u7 D% {2 }/ l6 \
3. {
   ' |; [( g) H% }6 T# k6 |: I
4. 。。。
   
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");
   3 K0 A$ e- Q7 |% F
9.     。。。
     h, U5 e3 k7 S5 I( J
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 H7 x# p0 I% u
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;
   ) S( N9 U& f, p
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   1 e+ R7 X2 |$ f
4. {
   6 Z6 ]& h  B: W
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ( A6 m/ |# F1 Y/ H" s8 G, P" G7 U
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " s- f7 L4 u8 |# X( Q0 |- i* D
10. ...
    ! L% Z5 s  n. p" ~4 p$ d
11.     while(1)
      X* v3 L1 h8 D# B$ \4 a. T
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    + x* o+ H) B& K1 }5 a1 W
14. ...
    * ]4 ~3 C4 K3 t) P. Y/ `# X
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" \
   1 F1 R. p6 ^) b1 D: z0 b
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . t/ f; O: F6 w; y/ H) P  A$ w
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! r8 c; F( T) `/ {9 u( ?+ M
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + \$ ^+ k2 C5 j/ K; w- E
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" \
   0 K. q& X- t9 l3 i+ R  w
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   . I2 p) f+ a8 G* h0 M- @
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    # O+ K: @2 \" F
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 A; v5 S* f5 N4 o
15.     {
    
16.         free(frame);
    : {7 T  k% U  i9 N+ }4 w
17.         return;
    + N. n* f+ m0 ~3 P2 G2 q: O7 h
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" \
   $ L" i& N' K2 C& Z; T7 T
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   8 Z8 N4 Y- J6 F: j
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ! ^" z& M. V+ z# `3 T" [" g3 s
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   # B( R1 J. s3 x! k6 h
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ; x' i/ Z, g' v" ]
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    $ Y' a6 A4 Q9 F% A  u4 [9 M6 S! C0 G* l
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( s! e8 U/ H2 @) A, g& f% a( Y
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>

复制代码

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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ f3 |0 j3 A; W/ |9 G% H9 o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   % N" k/ n8 B3 \& a- D3 z- ]/ {$ D
2. {
   5 O* e8 C9 {+ w3 j
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   1 a' b7 b# U+ ^2 B- F4 U
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   & t& y  H. j6 }, x& v9 S; F
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    : A3 ?" A2 G; u! B+ I, \8 J7 {
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ p4 `: e$ ~& S- G8 t
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

2 @% w* k9 b$ q0 R/ K1 ~+ F4 G/ 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：

- ?  h& f, G0 h% ?

1. while(fend > 0)
   # i6 |; j8 G/ R' _' J- z1 }$ I% @
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
     `0 N/ J  F  D0 ^7 f# f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 L7 s$ C( y1 E7 `/ w" {
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   4 ~, v/ [7 {  l" `0 H! l# x
6. {
   9 e9 G- O  c3 f  @( @3 j2 T. ?
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    - q5 P  U, _) [% i& _: q/ b
12. picture.length = fend;
    1 g$ t# U$ |( N5 B& U8 Z
13. picture.fin = 1;
    / O! E) X; M4 e
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & M5 \, a4 n; g
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    / B# j1 A* N- N/ K( B
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    / r9 [/ Q  i& a# }
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 j3 O" z+ F; E2 j$ x7 A8 J# T
25. }
    1 Z1 M* f0 c8 `8 A, s
26. }

复制代码

0 j9 `* F+ i& n8 g2 C. W
7 {0 O2 }! |6 f7 F; V( E

+ q! H  N  `' x, u, V" PiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html