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 q& ~/ D5 c5 Y( z

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
, p5 d5 x2 E0 l4 g/ o* q0 z0 S
# t% v5 g, s; D' f# [. l) g

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。

7 _9 ~, @+ ]) }  k, g" c, S' i

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。

  
  3 n' R9 |7 V2 @1 c

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。

  ?, t# b/ c) z8 Q一、HTTP网页服务器
% P) z7 H6 z" S( C# u( x

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)
   5 w$ k2 t; m* ~
2. {
   8 H/ D9 H# X: s3 M- h/ y9 D1 |' q
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   9 W+ h7 y3 b6 y6 Q3 h
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   . p; [2 V4 J& W6 d: D3 r7 f
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   1 ]& [% k7 e: H6 o- H
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ! [( V& ?$ n' Y% b+ r( y: E/ r9 C/ k8 z
14.         }
    5 Z- t' j7 ^: Z: B4 |
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( O, [, l# m9 q4 D6 P3 g
17.     {
    # F' c6 G- A) C3 s8 v$ W) E
18.         printf("setsockopt error\n");
    4 M9 K/ _* B$ g  {% B
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! [# F% p: z; |" G! u1 N
22.     {
    % M: E6 |' ^6 ~* A+ H- t' l
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    . F$ s% d+ t" M+ V  t
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % b' H2 P  o  U& ]; S' ?' m: A8 V
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    ; Y4 \" Z( ?5 X! C8 {* ~* U- b
31.     return 0;
    4 |) t/ m/ v: C& u) _4 d
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)
   
3. {
   ) H. |  |- m/ e0 p+ {# I
4. 。。。
   
5. while(1)
   $ T1 M; r1 l/ u! ^: A' ?6 \* }' ^
6. {
   / u! O* j9 y) A/ o# |
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 c5 X7 e2 B" l: S( N! S
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 a2 u! n8 `* Z
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 X# H; n( t! p& S  ]3 v. B1 s% \! I
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;
   ' J! o- h) U2 l6 z) s, U
2. pthread_cond_t pct;
   8 M- Z7 D0 {9 [9 r* m5 W
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   8 u$ K" z3 w+ Q" n
5. ...
   
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);
   ) T) R: @. e5 M( b1 E, |
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    + Y, e5 {# M  ~& ^6 ~& c# M
12.     {
    8 M+ i. R8 n7 D! U/ Z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 e3 o! l( F6 u* m& \. ~7 l
14. ...
    7 o! d8 `; y  S3 @
15.     }
    ! C( P0 s( }. i' Q) Y
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" \
   3 m* Q& Q0 T4 ^) K
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   
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" \
   1 ~6 r1 u3 h( b; g; u; D% ?, B- `
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , Y5 x2 S) l7 x0 b# {
7.     printf("preparing header\n");
   ( ~  D: V* X& q
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
     ~3 o4 O5 L/ B$ r4 T0 @8 l
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");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    0 d- u9 N8 o. D; M0 `' X9 a# Z: Z
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" \
   1 f6 a/ L) \! X7 m3 A, x. e
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   + U, L% t5 `, j6 c$ t( V
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 u( T3 V- C. F
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & y% `/ U: d0 n7 C0 `$ j$ u
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 i. [. v" @' R$ ^$ L
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ( i) o. w/ y# p$ k. _
7.             break;
   . M! O0 a5 M; B4 r, e$ E# ?0 r
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / A! U& r; a7 R& D( X+ W
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . B3 O# g9 O' e. u+ G
5.     {
   6 X$ e- r, ]1 D( x( @* r
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ( J! f4 J0 J, j2 o7 V9 H1 p
7.         return -1;
   5 }2 D" |2 `) ^' Z- N# k4 v
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + t3 ]9 q6 F7 n2 j4 v
13.     return 0;
    
14. }

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9 N" k$ V* T3 Z+ T' J! J& S/ W
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：

  t6 x% B5 o* C( {4 Y1 M
; n/ A$ y9 H7 J$ h2 y) n

1. while(fend > 0)
   6 z% ?  D+ @  w
2. {
   % O2 h; f+ K! h9 G9 P  z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % m% ~& \/ Y7 g- n0 a; b& K5 l
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   9 a* M0 G8 j# \/ W/ C" ~( a
6. {
   + \2 y' r1 P7 Q2 s+ Q" m0 A! \
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : b/ Z1 o6 N. a" l+ L
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    + Q- I, ?; W8 ~3 e: B5 k
11. {
    . E7 C( C: M1 Q% M+ E4 {% {
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    7 y9 j) V5 M# e9 d& M- s6 j
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    4 e: T* s" N9 ~7 C3 G
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    - B1 w8 i3 F* _6 Q$ u( H& ^
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) ?2 ?% Y# c+ c) T6 E1 ?! N
20. return -1;
    ) F3 N; d; a) o
21. }
    
22. else
    $ H7 X* k, N+ y3 d$ ?  {; ]5 i
23. {
    6 \8 R; P/ X6 i' A; b' K0 Y
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 _5 _. ~& W" J/ O  k
25. }
    * n0 _5 e0 l$ t& d( i
26. }

复制代码

6 g# f6 _0 c- T

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