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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8 t, S+ _* N. \4 ?

) i( \/ q& g" @

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
* O: O; ~, _: G+ |( \2 N; L. Y/ S; o% p
  W% u1 S+ F8 ?; `, j

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。

9 `% Y% U1 x4 v" `) w

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。

  
  ) ]# q- s( `, Q. _/ G- |4 ~

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。

1 x# l3 _! E" ^4 M一、HTTP网页服务器
1 A6 @( U+ K$ |0 u

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)
   % m, V0 C8 W$ m9 K% }% w3 t3 u
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ' e- j7 L( |+ e) F% |% P4 B* J
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   6 q0 E7 s& a* X. g2 |" B+ V. p
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 A, ?( Y) }/ A2 Y" u7 w
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 H. R1 e5 d! ]5 x3 k
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' |- d. @1 H7 W$ E
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 {- `1 `  k* }2 N
13.             return -1;
    
14.         }
    & @: G1 a2 H: }  d3 i
15.     int on = 1;
      e; [- h- w, |; c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( f* f# F0 P  y; M5 G% B( v7 b
17.     {
    8 R0 o* y- v% ?* v0 o
18.         printf("setsockopt error\n");
    # _2 s! T7 [2 J4 d8 }6 t
19.     }
    1 {+ p- ^  P& j2 u9 R
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    1 R$ z4 a. u( `, s7 J
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    % f% o) N8 @  E  o9 `
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      N. {- B8 s6 d3 Z
27.     {
    ! M/ m/ \$ W' t
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 k, _; G: V& n
30.     }
    / M6 l& y+ ~# ]; q: \, M
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);
     S. H! N3 P% W9 H, C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   6 l. J& j/ c* z
6. {
   ' h: W( z( x4 a6 u- D3 @% B
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . R8 o& s) Y7 A: H
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   / b: W) }: J7 I) s5 U
9.     。。。
   ! j& g+ e+ s7 [( h' g$ k4 l" p
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    ) S% @* M6 F4 g2 [& e
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);
   0 z6 G4 Q: \0 i* u2 P* t! P
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ) U4 [  V& `" _4 s  d7 Z
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[])
   
4. {
   
5. ...
   # q5 I1 g5 u, F& a1 r1 m
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);
   
10. ...
    6 ]. @3 \. M. U0 O3 j; u
11.     while(1)
    
12.     {
    % J6 _" V2 |  m( `* Q- b
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ( Z/ s+ x) m5 Z0 V5 E! W
15.     }
    
16. ...
    : k0 f! K) ]' j$ C
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;">
   0 c: X+ U8 }; W* U' c: f( h
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" \
   : p+ D4 j' q2 q* z6 h; [( A. ^* U2 W
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! X7 j# \* {# w! [( h& u
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   9 I8 X6 F' W4 \
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   1 J# r) X' o3 |2 W7 _. g1 |
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   * Z: F; S/ f& l& y) P) U( n% B
10.             STD_HEADER \
    6 B3 Q& H- B) j) {
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " b9 o& i. y* c+ o/ r3 ^. I6 g/ J8 [
12.             "\r\n" \
    # F4 A* t& H4 i9 q& i8 J; e* p5 v2 h
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 B$ A' q% a3 J0 x- W
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ D) N1 |+ e' u. k6 w# p9 T
15.     {
    , X; y0 Z. [9 v, y* S
16.         free(frame);
    
17.         return;
    $ t0 _/ _; X- x& P* O" q# M9 C' K
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" \
   $ C5 F( u% S$ N
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ( r+ R9 O. m3 L2 p/ e
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 g, _6 W4 o; W9 k3 p$ `9 K
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   6 L) U) ]- i: x/ ?6 R; H
8.         printf("sending frame\n");
   9 z+ i3 g# s' a% Q* u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " H" {3 L, U  \: q
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    4 Q5 W7 `' _. J& P  \1 ?/ z7 y
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

7 J2 Z0 x5 D- E

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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 Q% x( W0 f3 |
4.     if(*socket_found == (~0))
   0 N( Y' ]% D/ Q9 K, E7 y$ V' S- k" [
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ' ^' K1 ~  p: X$ k# W$ F7 g" }# c& _
7.         return -1;
   / g$ F0 O5 P/ B: V9 G1 q9 u$ M
8.     }
   5 Z0 B& q. F0 z! r- i
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   . h8 c$ }( m1 U. j9 [
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 d: q( v1 y4 X& \% h
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 @1 Z* Z4 ?) Y
13.     return 0;
    1 n/ ?: i+ }- g- `0 d+ \( B* I
14. }

复制代码

) N* N; ]+ u: S5 a
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：
7 k# x5 t! o1 j: d" y

1. while(fend > 0)
   # q% H: r9 ~5 i: ?2 k1 l0 C$ m5 z% p
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & t: e1 Y& a0 \" ]- G
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   & r1 r: E3 [; L. P, c/ Y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' o! e* }- {# Q) o+ x5 A0 z" U
6. {
   3 X1 d# b; X2 r9 ]- @: E
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   / I* ^+ _$ c- A
9. }
   5 }# g0 K0 n$ b$ I7 z
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    7 d% ?  c! p: ~5 p
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 u' U' I4 j0 m. p) D8 m! D
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ! q7 M: Q! t% w6 g7 G
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    ) _( m  F1 V# u+ W8 n* }; o
22. else
    / D2 s* v, H( d7 ?% F
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    : z- B. H0 I% v, f* t
26. }

复制代码

% V7 o$ \% q/ |) X2 }5 L
: C* }: x" G+ R6 E6 ]

9 D" O1 C* d0 l* f
7 w, ]4 N+ x. M0 C' T  yiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html