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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! {( z0 u$ \& Q" {5 t
$ s+ ^% Z$ W; A+ f$ h: ?) W

( B$ L! @- l3 h3 q0 s/ 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
1 i' K* \( E) [6 m
1 e" W1 r3 ?/ d% v+ O, v3 U2 y

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。

1 `- f/ `! A$ R! a# m; Q- W! }" O

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。

  
  0 J( y% U5 e' C$ W, `& S

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)
   & x. O! p* B* _
2. {
   2 v: V! q8 I0 N1 l% c4 f* W& U& S
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( i5 B1 F! u( B) }/ P& L" b
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ! N; `. @! @% i
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   9 s9 y3 G5 v) J( r8 I# G
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 g$ l7 S" {  Y( l5 s
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 D2 r" g) T; e
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   7 ~  R! b% A4 D
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' `7 n) P1 d* E
13.             return -1;
    
14.         }
    ' X* f2 E3 {1 z! @: F7 J
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    * f% N0 {& E3 H5 S, w
24.             return -1;
    0 o, D6 D/ U7 p% O
25.     }
    ' t3 Z1 t* O  W) S
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ) D# v4 a  u2 B" t& n  x# T8 Z
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
      D+ ]0 R; S4 M9 [! a
30.     }
    2 b+ f6 S6 O$ Y- ]; 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);
   * m' V+ D; Q* [* w/ c. p
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   - a( w6 S; Y. O2 k$ ?
3. {
   
4. 。。。
   4 X9 t* p5 s4 @$ T
5. while(1)
   
6. {
   # ]) ?: K8 K1 F9 h3 {8 q
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - Y. |7 _$ b8 l* N7 v4 n: h
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) Q( g4 F% q0 a
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    2 i/ R. E8 l1 I
11. }
    
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);
   7 z  a$ I1 z9 z, Q1 U
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   : c) C* `2 j  T1 i$ Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 h' u3 ^# S  q% U0 M
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;
   " ^3 E$ R0 d; K# a
2. pthread_cond_t pct;
   & E6 I- w& R- a9 e6 A
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 x/ O+ |* L4 g& X7 x2 c
4. {
   
5. ...
   0 c! A8 K" T* d- M* V5 d
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   / h$ F0 V3 h* J  x2 W* H
10. ...
    ; F. H: ]  @% N! e4 w
11.     while(1)
    
12.     {
    # S3 l! t; g! {4 _4 l
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
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;">
   2 B6 u% c+ E) ^4 `
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" \
   9 G5 \& m# A0 w$ A
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + J/ J2 O/ W" S" E
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   $ n6 E8 ]$ o7 E2 |' ?7 n" r
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # S* g& k( l" j) i) H, G# F
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ( M4 U6 ?  q( ]3 j9 |& p
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ S2 p0 V8 j8 l( V8 L( O0 D% w4 U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   9 W3 \* G# j- O6 A7 g
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    7 B" N9 Q- @2 N/ J
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" \
   : u0 Y: {" A0 T- C0 @; E* M
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * D5 Z! H+ [7 |7 G
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * W8 h$ ?* j4 u  A0 M
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   : T% b# b$ Z# X9 ~2 o: J* s- x9 {
7.             break;
   6 t" m" i1 s- v9 P( K. n4 I
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    2 z" u! f* g" g: [3 H
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    / v+ |% T8 a# D  E& \& D# a( p
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。

- H( s2 ?3 W" R9 ?# o) `

- X9 v: M+ B0 f5 U# r# s二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ t' B" Y1 U' J$ x8 J6 Y7 l1 N

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))
   ; \9 Q- `: \  Z8 w* q
5.     {
   2 g8 ]$ e) |6 X. v/ J) X$ Q
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   : h; m+ k) @' \* t' G9 Q
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; M3 x" ]5 l; S" n' W' v+ Q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    , p: J- _; Q3 {* C
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 g) b% j3 j7 t2 u' v
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

; {& `% I. d3 R9 b5 x2 v* t$ 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：


+ U% v# C/ U4 S/ B( ?5 O2 M

1. while(fend > 0)
   
2. {
   0 q6 f/ I$ T" ^- c
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; ~3 D( e5 d+ T2 z4 x5 l: C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   # U2 L# ~$ m& |  B+ M+ ~8 Q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 \+ r% E; x6 h/ }) F5 x
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( o* P, d! o+ \2 N" F- N, g
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   4 A0 }9 t: W5 y6 V$ ?, ?2 W3 B
10. else
    / A; @7 m5 p" c+ }" F
11. {
    
12. picture.length = fend;
    6 R6 d) Y2 {7 f* t6 p
13. picture.fin = 1;
      f3 w, n. o( _* X9 `
14. }
    " j% [9 g, `  H/ K( u
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 }1 _) i, r/ W4 e
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ! B( X0 p3 ?5 z, I, Y
17. if(sendbytes == -1)
    ' k/ X! k' A9 w
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    2 `' K0 N0 T3 r# A" R* G$ x6 \6 W
21. }
    
22. else
    
23. {
    6 m: h% M" J; {
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 U5 Q* f, S( e+ K$ ?5 C
25. }
    1 L6 T; Q$ W$ b! `
26. }

复制代码

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