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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: g7 f# J: s4 h6 @# u  w, v* ~* v

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

  h8 b1 n, ^+ A  |/ g1 ~: m; V

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。

  
  ( a& r6 p6 u% B3 A5 U

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)
   ' A  r" y* X- A1 {  s& M
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   1 Q: o8 j8 h/ F2 a2 W
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   2 k+ x2 v! q' R# V4 M, @. _
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 P% ~" z3 o/ ?; S* g! z7 z- q3 o
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ( L. W8 z1 S* U- j) H# b
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / L3 C! z& b! K" u9 c) D
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    : Q; i( U2 d* [! |6 T& m+ c* c
19.     }
    3 i5 u" J5 b) |- K( p
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - N5 D" }$ x4 I+ X4 T# A
21.     if(ret == -1)
    ) m. E5 l* K+ w! O
22.     {
    " f' I" s- V: R. `( o8 z
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " D6 s$ [; [+ e* y
24.             return -1;
    ) B; X1 F+ V7 {) j! C# Z' S( M: k
25.     }
    9 Q6 I* J9 L% ~/ j2 f& l
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( @& j% t$ p5 v2 j. u  n
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    $ ]7 m- B" `- D- m4 l
30.     }
    
31.     return 0;
      T+ K! I$ r& F$ R
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)
   ! W3 v3 h! q( ^. s: O0 N6 `7 ?) p
3. {
   
4. 。。。
   8 D& y. z8 l' ~. E
5. while(1)
   
6. {
   - a! I) G* V4 F$ j
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   $ x% ~: w3 U& T4 L9 q! b* T
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    + G6 \  X$ m. H. h: B: h& l
11. }
    * j# }& X+ U) ~6 b. t$ Z& L) a  w
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.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # p1 O1 x# O- T; h1 A5 T! \
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;
   8 x  z/ n) ?* U' \/ z" z: g
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 Z; h' @- S- C$ V5 U
4. {
   
5. ...
   3 N& c; o6 }! s$ X7 O" u5 G
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   , H5 v" z- R0 }  v
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   / T7 H* C( g3 v; }
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    % [7 s) x& b+ N) n( W3 ?/ V4 ]$ X
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * u- K6 l2 j3 n2 }7 l. X
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    # v1 U  w& w3 J+ P  O/ V: q  A# |
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;">
   ! |  Q- C6 U5 W, w% x, 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" \
   ' U6 ]+ m+ O0 L. K8 ?$ K+ `
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   3 ^; |! H- w- K9 \3 m: a
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" \
   5 r& P5 @, }5 N6 Z/ Q( k0 c0 A# d
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & L% w, X  E) c/ b* u$ \' a% `
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   5 A  ]7 @; ]7 \
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 M& j* z. e5 B4 d2 d- }/ d
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    . ~" p+ N5 B9 W- }. i  p5 q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - Z& H2 J6 S4 ]/ A$ W( X* t
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - v  T7 s& m+ o4 w
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    # r6 o4 k. {+ g8 m7 m! \
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! V+ H/ w9 N
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + l) n: ^: l2 c7 C/ |3 f9 W
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
     B% q: p( L1 m* q
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , z( c' k3 ~4 A5 F" F
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 S& z. v  F5 i+ p) M. G8 x, J
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。

$ U8 J& h, q: G. J1 n

0 F' |( [0 Y) n- U, I1 w二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ M6 W5 ^& C& p# B6 G# l

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . v* H7 j# z8 v: c5 z
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - Q& \6 L( v1 w$ H0 i- v( R, {% e
7.         return -1;
   * ?& _9 B# Z' F; O7 [3 \3 }; i4 G
8.     }
   7 Y* A8 Q5 l/ m1 s* F8 j- _% c4 b
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * ^1 V. M8 v! ^2 d7 O
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ' K$ f- s- n9 F( E
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    3 M/ h1 G+ E9 b+ u0 N
14. }

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3 O  r# P5 I* Q* A2 H# ?9 L8 ?9 _
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：


" u& B4 S! k1 ~9 |+ z8 x! V0 p, ^' R

1. while(fend > 0)
   - d# X- h! R1 j. D" q, T1 {
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 q0 \! J" z& S( r$ l& |
6. {
   3 L3 d$ q" }3 `  k7 s% h9 x$ N0 Y& p& |
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    0 Q( A% Q* h- A8 J% J3 T' Y, P
11. {
    8 Z& \$ k7 @- g& J- u9 I
12. picture.length = fend;
    + w% P7 `; N' \1 k) X* `; D' g
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 ~* e. k+ R6 T: M1 |
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
      i: ~* }) o' F2 I  x7 {
18. {
    0 @  a4 n5 b+ L8 p0 v7 J" h/ G& |9 J
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    1 |' \% y- t% @0 M" L1 ]' }+ x
21. }
    
22. else
    0 _5 @$ P2 u8 X
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    4 A$ ~4 r& o" Z+ Z1 L, r. U/ L4 Q
26. }

复制代码

6 \& h; `& u6 M: Q! D
1 M+ q' R% x: ?2 f1 N+ ?  ?2 p3 d

; ~9 |$ V( S2 z( `1 w, N1 yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html