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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8 b/ ^/ ?3 c+ @4 E( w$ a4 T

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 K0 l9 W; p& [  E" H$ i

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。

  
  # [2 A1 U+ \: J! i- t1 m% I

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

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;
   / _$ x9 Z: \* X( h( q$ c
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
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;
   4 _9 r  U; S, K2 W4 h2 m% A% Y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - A7 Z% ]  Y4 F) X2 \
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    . h1 Y- H6 P7 m' Z$ F3 [0 q4 R
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    2 V, d  L" L# R! r: R
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : b; k* w, e( W+ E& J/ i" s3 f
19.     }
    * l0 q# F9 I: H0 p- M
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    0 Z* O- ^7 c% @% A+ C
21.     if(ret == -1)
    " e0 u7 J7 E" b0 t" l) p- K
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    : x8 W7 \; S" l/ d" s- `3 t
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : |% P6 u6 t( I1 H$ |
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    5 S4 s5 `6 Q3 T9 T3 p0 l
30.     }
    
31.     return 0;
    1 C/ S  |5 T, v" [
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)
   * }) M; ?( S6 a. |' y0 b& ^5 E
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   " N8 K, k/ m( C$ j5 b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 E5 A: e8 u! ?# _9 D6 `
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   8 J0 h2 J+ W2 b' P$ `
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + u. R9 ~+ P) z5 r- L0 a+ `" ?" H3 k# _
11. }
    $ O6 ~3 j; T) ?
12. 。。。
    5 v& c% z- D; G2 A/ O
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;
   & p+ T8 Q. I  h) I8 E4 o- b. I
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     i) b. h7 j" [& U4 D
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   # ^7 c9 x! v+ ?! v
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   $ K2 u! F& J  H, C! L
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;
   ) r8 P6 [' S2 }5 b# S, V9 h
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   0 k9 S, d$ D9 r# C3 q
4. {
   ; Q) _7 G6 c; _' k
5. ...
     T1 q4 K' F! A$ _0 x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   1 c# o4 @' A2 |
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * w, a1 h" C% O, K2 s, j- c1 }
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    8 [2 S6 r* I: e+ {' v# y; T' b
11.     while(1)
      y) H" @8 V# s4 W5 h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . o2 @/ q) X2 i" L' J2 ]/ W
14. ...
    ) q8 @) j( i- j: H( q
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;">
   $ A4 c3 |* h/ E8 X
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" \
   ' l' R. G' v9 K' r
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" \
   4 R* e2 r; o- L5 j' g
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   : f' j; Y  j$ G6 N- t' B" Q+ y
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   + N) x% o8 ?! V7 E, v% |' q2 y/ B
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 r0 L. q3 O6 s6 b# x. X8 J. P2 E
7.     printf("preparing header\n");
   - E0 J8 _5 j) K2 X: ^7 E
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 p2 \7 \% e4 |. D* _+ a9 [, R$ |
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    " K  f8 b3 j7 y4 a/ d" _! j
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , P# y7 g; e8 A
12.             "\r\n" \
    ( }1 ?; R& H  P5 |- H, O# b/ c
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    8 z% t$ @  g3 z/ Z* i* z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , h. I5 L& @, U
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( p& e% n& j. j3 N) z' @5 R5 R8 ?
17.         return;
    # b* J4 T1 ~% @9 p! e$ T# A
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 e+ c+ U8 m* j$ C
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   & V; U* j+ e6 U0 g
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * K& q. V2 a: V& \0 [3 K8 I
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   , o+ }. x% W! _: X, H% N) C" h6 H
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   0 q2 F) V% Z# U6 M. h
8.         printf("sending frame\n");
   / v6 n3 L. q6 a1 Q( |. O
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) `& E: U+ s7 o
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    " Q. [4 Z/ u$ B) I
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    : S( ^8 ^/ d* B6 h, @2 b3 o
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。

- K/ t' X# ^1 w( j/ L二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 {/ ^6 i0 R6 W3 _' D

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ; D/ Q. }$ q, Q7 n; Q1 J. ]
2. {
   " a# y& l/ K4 k3 d1 O3 i) `' u
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   8 F& v( w2 e5 ]" x( @, V+ {. B
4.     if(*socket_found == (~0))
   # g' G3 x) q. s& H$ [, J/ y+ ?
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   / V: M2 q1 d% O4 Y1 ]
7.         return -1;
   " t- D, [1 h" {6 [) x
8.     }
   6 w. O6 @5 T8 F3 |; p& M' g- N1 Y
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 Q% k4 E; K& O4 ]# \8 w& |( V9 W
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * X1 |+ _, j$ Z6 }7 f4 S# r& s
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 b/ a1 Z% C+ E" U1 _0 N0 f
13.     return 0;
    $ R! k1 b' q3 b# ]. ?
14. }

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' G1 I2 F4 y$ c6 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：
0 ^# U4 L. Z! i- d& x

+ O+ d4 C2 u; `5 }

1. while(fend > 0)
   : {6 b( f1 ?  E0 y
2. {
   % C5 o  d) V' [& N; `. `+ N
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 c, S# R' N) a+ z9 u
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   8 S, ]" Q0 g1 _: L8 s6 H) u
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   # ^& L7 L0 ?# u$ [4 q7 h
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # c4 X' U; F! l% @
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    3 X0 _& g  e' p$ U
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    % r- T: N! H- Z! |5 U3 A/ k4 U( Z6 z
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    + j4 u  l9 r% H+ |" {
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - E( R: @) x8 P# b- k9 T
20. return -1;
    
21. }
    7 b/ H. f; y# E# u
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / J$ s4 \( a0 r' P* x6 D6 q3 g0 U+ s
25. }
    & w3 U+ _/ j2 [/ B% h3 ^. v
26. }

复制代码

& m9 Y6 V4 ^/ C1 s# p: G

- d1 `" d: M' v8 N0 k  AiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html