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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9 @8 s3 y6 z' N  H1 M

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- N+ ]5 r# y" P9 l6 r- A

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。

  
  9 ?8 B# e6 o: w0 r* [

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。

/ Z9 T5 T/ y; N! m. x% ~一、HTTP网页服务器
" S% Z* I/ m! f8 n1 d$ A' x0 W+ Y

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;
   " l4 I/ J7 @4 ^
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);
   3 F; O0 C9 c! ~2 f
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : e2 n1 f8 V3 ?. @3 R  R
9.     int ret;
   / i5 }) Q# P# B3 b4 _
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    1 ?) G, s# h+ [" i: f9 l8 z  v
11.         {
    & F' Y5 q1 Z# C8 l) h" d( K1 K/ c
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    6 j- F5 I7 {6 ], w. B0 V
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    $ V8 w6 n! t* W$ b, L- j
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    $ A" |, B( ~" B5 ~5 H
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ' Q! U' m; T2 M( ^7 _8 x' d9 H
25.     }
    " j5 @! k  v( Q& o/ e
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    - {# p- I; c) o2 `6 F, |6 P
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    9 l5 s8 U' t3 ?7 |1 [3 b4 G
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);
   / y' k% T& v8 I" v
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   : T; R9 q6 e3 ^- E( b
9.     。。。
   . I0 F4 Q9 X) y! p
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    : l) J1 Y' k+ F: o( P
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);
   , j" E% Z3 k1 n9 B0 u( A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ( h$ d4 Y) c: w" z. }  S: Q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   * {: h# f0 |6 k4 H$ C# |+ e
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;
   ; J2 \& p9 u1 |
2. pthread_cond_t pct;
   $ t/ a. n! f2 B1 O! _. S3 p/ f: z
3. int main(int argc, char* argv[])
   - Z2 q# \1 m7 ]3 `$ g  J4 N" s
4. {
   2 |7 _& Q+ o, w# j$ p( T. K" K
5. ...
   * }) N" l8 C5 l
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / A; W0 d$ G& U# q/ T, B9 d
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 N8 H$ n2 o9 c0 d6 W
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    : k, F4 _) f" v" R* Q
11.     while(1)
    * O7 y6 T! T1 w3 f6 d: d
12.     {
    & I2 M4 ^5 H9 t+ K
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 t; J' G5 ~$ Y* B9 D( x0 U4 H
15.     }
    * D: I7 i1 B- \, |% H0 {. Y7 G+ K
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 Q& S8 C" i% 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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   8 h: K$ A9 q! o1 D0 z% u6 H
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.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ' y. d+ L+ `9 d9 Q" T* _+ P
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   5 a1 g! J7 p, B/ z3 F  t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    - [9 a0 L) O9 q7 D  l
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    $ P* x: B" [+ r; i8 ]1 C
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" \
   ( M+ H* L# |2 i& e0 t8 k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   2 l) n" Y, d8 `3 ?2 r% E+ z6 H/ `  {
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 S  N; e) N1 Q; Z8 D8 i
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ! X# C) N& h, y1 G$ n  F
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   " c% w& ]' }  |
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   & a6 O& U9 {6 P! q1 Y
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   1 [7 I2 i$ R$ H2 ?" U- q
10.             break;
    " |4 i. ~  q1 u, Z! t4 w
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % ^# F# [* h8 R% |
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。

4 Q% s6 s1 O1 u+ s

" U( C1 k4 q6 G' j1 N9 T- ?" z二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
) e8 q: x. O. t8 e

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))
   ) v5 f! Q, F" w, H/ @6 V. E
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 w. @8 M; m! u' F7 s4 U
7.         return -1;
   
8.     }
   - o! ^# V; l6 d: R: @  K
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   - h" f; @: ?: q: f. p" h2 ?& k
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 O' @: D/ x- t* f' a" ^
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    0 u' `* k! Q9 ?" D1 n- {) ]- X! k( v
14. }

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. i& e/ X# Q! Y8 _  w, k. ]
4 T5 u2 G7 H9 l. h* ]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：
! i  Z$ t0 i9 l0 \

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ( M6 f; g, V/ c0 }" M
9. }
   
10. else
    
11. {
    9 A+ ]# C7 y* l
12. picture.length = fend;
    ) z5 R5 V8 S. A8 Y% G
13. picture.fin = 1;
    " A+ t  ?5 o: x# D+ C2 k# y3 H; t; v6 Z
14. }
    - A. K! e5 J. ^0 u7 E, E9 x  X3 r  i
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ v) n$ I1 d9 x$ \
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ! `/ T1 q5 \% M) I* Z
18. {
    3 [2 {& Q, Y  u
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    * }1 [! n2 N" z+ h4 H
21. }
    4 H" `! o. @6 @% l0 t
22. else
    + Y  h7 W5 r( H5 d2 l
23. {
    1 D/ r' x  Z# c9 u
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 x( B' w1 l5 s1 A
25. }
    2 o: L8 i* @5 x& ?
26. }

复制代码

9 P$ `; E  E7 |5 Z& S
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html