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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% }: h3 Y/ S! G, C2 w% b; q. U) ]1 L
' D& g( V* N; |% P+ x( S5 S

" f/ L: p7 B6 \: o7 v' v; ~$ x

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
* v# B: h) Q- E7 V% I' v" s7 S7 Y
( o' o  g2 A7 r7 v! c# D

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。

, e# {, X# X6 J

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。

  
  

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。

/ P# \7 K% H) @0 |& \# \一、HTTP网页服务器
( x0 ~5 e9 C4 N1 E( s3 t

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. {
   4 `* ~1 h( r* k$ X9 t
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # m* ^# W) E- r$ e
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   * o! M! |& b8 Z: t4 x
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   % n8 ]) _8 _, \1 I
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 q" H, G/ O3 ?  o  S4 m/ w* e4 I
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 v8 W1 }$ F( w# F
13.             return -1;
    
14.         }
    ( r7 E+ V/ d: s. Q
15.     int on = 1;
    1 w5 ]; F4 F2 G% I1 |
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    . ?2 A: t( Y! ?0 N' \) G
18.         printf("setsockopt error\n");
    ( ^0 I( ^# P0 }' o! G# i1 @
19.     }
    $ H- u2 D, w8 m5 U) T
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * }( O* ]# x9 a! w
21.     if(ret == -1)
    , ?$ s1 ^! @) X5 s! \/ Q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
      v$ d0 Z. d) P6 h* m- _; |
25.     }
    - j& W- g5 R# Z9 y0 |( f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 g8 y. s; f4 A% s- E9 c! F+ q
29.             return -1;
    9 Z0 N# o9 I0 n8 A: `
30.     }
    
31.     return 0;
    / u2 j; X! W; m6 ?. S) e
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);
   4 i6 M+ k7 d% q3 o# L+ _  x
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ! }9 V8 E! n. H: c3 ^, U
3. {
   1 @  d5 {$ o+ s, L! @- \$ e
4. 。。。
   
5. while(1)
   $ o1 h4 C& O7 y* P
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   4 r* Y! A" Z3 ]5 V! l& M' v
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    2 m! F2 |$ v" l& z
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;
   7 c+ J: m0 {4 Y; v8 w! ?! |) a
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " f1 w+ [7 d* t! X' n7 S+ ]
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   8 C/ f/ F* X4 X4 L# G3 N
4. {
   
5. ...
   ! m* x' Z7 {) o, t4 b/ @& R. d
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 ?) q+ \2 ~( T% ]! s% P
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   1 ]8 ?0 x; [( z, I% F# O
10. ...
    4 l; k. J! A3 {( s7 {2 l. \
11.     while(1)
    $ V% Z* I: E& s% E: r
12.     {
    7 q9 {8 E3 L( o- X0 @3 m
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 n. M, Z. _- {& C8 o7 F; d  x# X( s$ I+ G
14. ...
    
15.     }
    , y* V, d% m, z- p6 n' G1 d  ^
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   ( h$ C, O. ]; Z& |! e$ [2 b# t) f
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   : f/ S  A& A" r5 f5 M( \
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   5 X) D& R. l* i( |
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , ?4 L& p+ \' q: p+ q3 t4 a
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & S* _: \. u3 e0 ?# b" [
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   8 B  R% \: I3 |$ |: _; I0 _
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    : g; S( l9 y. b/ n# |/ z9 ]
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    + o2 P) O7 M$ @( T3 s5 `, G" g
17.         return;
    % X" o9 Z1 R6 Q
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" \
   5 o/ A5 ^7 z- F& h
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " C6 N3 F! K$ T
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   5 p6 J/ ~, e7 F+ M
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   1 K% n9 N. g  Z- {0 j( z
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   + `$ |5 {# U4 f) P$ ?+ U
10.             break;
    ; X+ P! S) {4 A6 o$ s$ _/ U& L
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ! ^6 _6 [) L4 B7 f4 Y/ A
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # X5 _% a( w) N4 q1 @
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ l; t% O1 X) v" {* o. a1 k5 U

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   2 |7 f4 v- j& y& l" I8 g4 a
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 ~- t) \) O  J& d
5.     {
   2 U8 W2 S% ^; w+ j- ~# G$ u: L
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ \) [) r- l/ e' w0 }' u
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 D2 i: A; |1 y0 ?: d
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! z' w/ x# u0 c1 D. `$ k
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    8 d% A$ R! g7 g# c& Z  q
14. }

复制代码

- u; D3 i# V8 q" ]
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 l: G: W/ X+ h( p: |- X- g7 E7 P

1. while(fend > 0)
   % h. @" W9 D: ]6 R& [
2. {
   & i2 w5 l: p( D6 x
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ! K1 z) B0 h+ }) X" \& t
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 `; P! X  l; N3 f
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    5 v$ ?$ C6 {5 G4 g8 w7 b
12. picture.length = fend;
    : N0 w+ A# P$ p2 u! u) E& g
13. picture.fin = 1;
    # g2 H- b7 @7 Q( K
14. }
    " a3 J0 a, D1 f" h' P
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    0 s4 Y7 Z, ?0 M4 D  @
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    + }! N- ^2 O( R
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    : ?% m" r0 F* q1 x) Q  X
20. return -1;
    : d4 ?0 ]( A0 d1 z* m/ @" ^
21. }
    4 q6 W" W2 _" T/ \
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    # c3 g0 ~2 P2 k  n
26. }

复制代码

/ n9 H- O/ c+ r/ E4 K7 z0 k3 `3 R. I
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html