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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( R' k( v7 }: G* n: B2 n1 w

9 t, q8 H5 Q  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
8 M# l$ M5 G/ Z* u  ^
; z$ N& f$ E+ o7 w: [

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。

9 Q% c% [( h! d( L; W6 G) 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。

  
  % O! X. S2 Z5 k/ N7 O

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。

4 V( T% r* {* F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)
   ( b" j0 Q. T  h+ E) }# P
2. {
   % _) D# m3 O- ?# E  I7 y+ y) }% }
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   + `' L6 _* r; U1 a2 m: J
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);
   7 [" p, b5 S# h7 J+ s- V6 ?# O
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : q7 ]7 y. K) R
9.     int ret;
   . |% f) p( x: l1 b7 y- @$ s/ X
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    / Y) K6 W* E, E5 M
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 b, H6 g( y; i& |! ^2 [- X
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
      u* a6 P: z) t/ [
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    / C3 _' u' ~- ]4 o0 W
19.     }
    # r# K( i0 b" A- \; H# ^
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ! b8 n$ H4 P- G: t  ^3 Z) P' S
21.     if(ret == -1)
    5 [& n. O% M/ \- W7 Q
22.     {
    " w) t& @& Y+ P2 g- D, P* i4 A9 n
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " D/ x  |: |8 S) W. P, o5 u8 W
24.             return -1;
    
25.     }
    9 Y" P8 [! V) A
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    0 j. d- D3 Y6 x$ V* `- ~
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    1 i# l3 z& e) |/ N' A, J$ x
30.     }
    1 E, U* `! [$ a! D( W
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);
   - N# n0 U+ O5 c) X
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ! U; h( k  P6 r# A4 O) k
4. 。。。
   , [! @& E  ~- M; r; Z
5. while(1)
   % u( X. n7 ?7 }) @; i
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , m" |5 L' w/ i/ m% c# P! r& Y* N
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    7 W3 F$ c$ p" e
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);
   + @' Q( e1 D' h3 R
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   % Z' u/ o; j( Y$ {( s' i
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' e# X4 F; l+ B/ k5 Q
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;
   0 C# }# f) s# t6 h/ O( ]5 w
2. pthread_cond_t pct;
   + @# A5 E: J  M$ Z7 q( R
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 }  ^/ W3 f5 ^- b. }  {
4. {
   : k" O# l7 {2 g2 T! |% q3 W1 {$ c, V
5. ...
   6 @3 s# O. [1 g7 X, ?
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   - e% h; L* F  V% K8 _( h+ D, J
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   : A4 ?% A, f; E) ~
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   3 P6 `9 q" ]! r7 j; Z# n' d
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    " s9 i7 `& S" f0 Q7 x
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    & s' w: I7 ^% U. S2 @
14. ...
    
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;">
   ) ~4 B3 g3 i( f
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" \
   
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" \
   ' h; j( P* J5 ~! B0 J+ E4 b! e5 G3 L
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   2 Z# w8 {; g& s' H. T, }
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , U. x, J4 n) U( e5 p4 ]1 j9 h
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   " ]8 z. _  S+ e" K* V3 H
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    1 E. W; O6 _6 |2 z4 E7 h3 `+ Q; m
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + K9 z$ F+ P, S: X7 o
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ; X6 x% t  d8 {/ y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   % `+ I, l: E& x' P$ G  ]6 }# w
8.         printf("sending frame\n");
   # @0 \; K2 _9 T" u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   3 s, d6 s! D6 t! S$ a: ^
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    $ }4 F1 ]2 y% ?' ^4 j* l- {4 t
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 D  n% f1 m* u
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

: ^+ X  J3 S/ f2 n, i# N; c7 v0 t二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, k/ T5 a1 v7 _- q8 q' [

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     s7 q/ t9 L% c& A/ l
2. {
   ( d0 o" F5 S. l4 C! `) ]
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   5 G) v. N, F# e1 V0 ~' g
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    5 r3 t$ l. `  P0 M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 @, u: K& c8 @. j& l7 r, h3 Z' o, y
13.     return 0;
    
14. }

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! w7 z  Y* T8 ^, I% ]& y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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' G' J+ v" ]4 ~+ c- k, C- g* B$ C
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ! w0 _5 ]9 ^2 h1 P4 Y8 e
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % o/ E* \& m; S0 z; }6 U: n4 d
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 A0 @* c$ m6 n0 L5 o% ^/ Z8 H) J
6. {
   ! c" q) J4 [" k3 b8 m& O: g
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : z! _& R+ w5 }# H
8. picture.fin = 0;
   , T6 j8 ~" V+ W' S1 n
9. }
   
10. else
    ' C: y8 d( t$ M6 l1 p* M5 M
11. {
    
12. picture.length = fend;
    2 q: K$ o3 ]# e4 }
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    " D; d/ Q9 R5 O! C% P8 r: G
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ; ^7 T3 b  c& J/ o: o( b3 [' C
18. {
    2 a' S7 U4 t4 f3 S/ D# g+ e
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ! W- \. y, _& t' F& V
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    9 O  K' a' v0 ^
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html