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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/ O3 i: m( G( J6 V2 N3 Y% A* _

+ f7 ^( J" T, X" N

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
$ B9 \# U( Z* ?9 n/ T% R

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。

. T3 K! d/ X0 x% X( {" F4 o1 x

- C( c$ T, C$ p  i  u

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。

  
  ! c- r% N4 Y3 k/ F) x9 C

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。

% Y) Y6 ]/ }/ }% X9 m" Z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)
   1 Y8 `" |7 _7 K: M1 X5 @
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
     p/ X% B! X% D/ N6 S1 ]6 M& l6 u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & ~, c5 j: v7 k6 k( P- r1 I
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   6 \4 g1 w$ F7 V4 Z
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    4 R# U+ ]/ i6 z. ]5 y* s
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    " J2 w3 K' q8 q$ g% R
13.             return -1;
    
14.         }
    , N9 o- v; d+ _1 O( x3 v
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . v- k& t" R  Q7 ]& w) s& ~
17.     {
    + D/ h! R! ^6 i/ S. _) R4 f
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 Z; z- v- I1 c9 X0 ^/ n
19.     }
    ! w! n- O" Y# s6 ^+ X) d
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    ( o9 h0 M: A7 a! n% I9 R
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    $ D. m& J& g! x2 \
25.     }
    + Z4 L$ {- W2 k) U2 P
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ( O3 j$ V/ b* p
30.     }
    
31.     return 0;
    . v& }" c. w$ p' p4 N$ K
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)
   + C4 D8 Y6 q3 q- x7 q6 z* r
3. {
   / W5 e$ W" p5 N- m* @3 p
4. 。。。
     @4 B: E. q) \, v% u
5. while(1)
   2 W; f8 N9 U( L( G( S- R, T
6. {
   ) y) V7 O3 k8 [9 E  H
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   " B1 C6 s* @1 I* \
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 X- t' g2 o' f8 s/ @# n  T
11. }
    ) U- ?5 o, T+ e) ?" f" _
12. 。。。
    # p0 ?! Z* A! O& z! k
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;
   2 D4 z! Y( D! ^" S+ k/ |2 c" ^/ u- d! A
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " I! Z& z/ l9 s0 x* Q$ d
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
     r: N. s2 N$ y; F9 V9 D2 Q
2. pthread_cond_t pct;
   5 t- B* Z3 V2 K
3. int main(int argc, char* argv[])
   . R, x. [, D* ^/ c& H( X" T
4. {
   
5. ...
   6 x& r, ?! V& `1 K' N7 a
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & C9 Q# I! B' R! ?2 e
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 m- R  K' q5 S
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    ' S: }5 m0 F( e
11.     while(1)
    9 {  ]; c1 K) h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
      x0 b8 i7 d" g) F
15.     }
    
16. ...
    ; p) m2 E2 l- q+ q
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;">
   3 J" F3 a* q+ s& W
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" \
   1 m$ \# F' h& ~4 V
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   + c& q. b" n) e1 u. V/ G
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   " M- P8 o! M1 J( n/ V, P) L
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; l! J$ v+ d& [, o: E5 v& _
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   % s6 q8 S6 k5 j
7.     printf("preparing header\n");
   ' F% k8 x% _/ w+ ^* U
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   * w, D. H. L/ B
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 D7 }, e1 Y7 n% a8 T
10.             STD_HEADER \
    : R  O! R2 W0 D" g, O- D5 z5 ~
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - i3 K, y0 t+ ~
12.             "\r\n" \
    1 i: x6 k+ J1 k* e! O
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 S: N1 i% y4 J6 j" }& {0 S
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" \
   - j! i. \) ?9 P3 D! U) \# K
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   0 q' o1 y. N, W- Y
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   2 V; h8 u' V, i4 G* }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / i3 N! h* {8 U: o" |( d* C
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ) z$ c+ j. M8 ~, u9 a: g1 c
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ) k) O2 L) K/ L3 s; U
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 ^# G# g7 \4 |
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。

% F5 G6 R0 b# C

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)
   - X8 w& r  S! C# g/ z! b7 G1 m
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     A4 ]. Z! f- @* g! L
5.     {
   , f! c& ~* Q* L
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
     O, w  W8 K1 f6 @. t/ C! J
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   3 A7 R% D0 ?4 |& X3 B
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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9 q/ [& i* c* H! x- V/ d! r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：


8 O# D  H) d9 Z/ g. m

1. while(fend > 0)
   
2. {
   " y% D8 H5 w9 a) Q2 @" E
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   : }; ?- A$ [5 x+ M
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   * k& C/ r0 l) l" j: H) X9 I; x
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   5 R9 t7 W" D) w2 `" W
9. }
   + Y  y8 s1 U% m  J. z3 b% [- x
10. else
    ! x8 G& R+ `. R( ^9 P  E- |% q
11. {
    ( a* i8 P  s$ ~, q( z' z- J" f* P
12. picture.length = fend;
    ' \+ ~1 j* _' z! p; D* w, e
13. picture.fin = 1;
    : [- ~* ^$ e/ l% g* o2 t4 t
14. }
    / r( A3 W6 e+ ]/ f3 H8 P9 ?
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & X- k( d# D) o& V
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    5 Z* u/ {8 X! J5 H
18. {
    . I) ^7 H  M5 p7 C8 q9 s
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    * [) Z' m5 s6 N) o1 v) a
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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) V$ D+ R! K# t7 N# z1 ~- iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html