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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  z' A2 q! u1 n8 U0 _# G6 S
' c/ X* \: v3 X0 h! K0 X" P6 ?

; F. z" _0 }4 _: w# G% u

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
# |, P8 M+ G1 _* U3 _8 [- ?
7 e" h6 c& L' N. q

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。

: |2 U3 n% X0 `" ?, M- [5 j2 ]" c

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。

一、HTTP网页服务器
: j9 M) y8 p" L  V

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)
   % q" f+ }* a+ c9 q' _
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " I0 x, C* |9 g% g2 V+ x
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   . @3 @1 x) o0 w0 t* Z
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , [, ^- T2 }4 G+ O8 n
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' S1 F7 @$ p9 `! ~' ~% X: U
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ) i$ |1 ]' I" O. @& N  n
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    - t6 N% G" f* S5 P! G
13.             return -1;
    
14.         }
    " M8 P# B+ v, s; \  o# c
15.     int on = 1;
    9 a9 Q4 l$ v' M- |0 ~5 E7 V
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    " j( n: ?, z8 M
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    9 V; m2 q; Z! E# x
22.     {
    ; k  n" N( H; ]
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    $ E* _; G* ?& _
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    7 U% K, E' V9 v  n; K3 p1 _
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);
   4 z+ q$ C* M+ t  ]0 ]
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   , j2 B8 X( H5 }* \+ k' s
4. 。。。
   % `, [( [4 n: F2 J* G8 h$ \- ?0 g! b
5. while(1)
   , p3 O- d* _( ]# I8 E
6. {
   3 S6 x0 Q/ w( t$ ^6 F6 ]+ J7 v2 }
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   2 W" M9 H% P: V
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . b8 @3 j" G& J- l) U
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);
   6 H) h1 O8 u8 m! I+ B7 b, |1 I
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ; r8 Y$ Q8 e$ B* L, G5 C
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     Q+ b+ U% l8 X7 V
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[])
   + E1 m5 t, ]. I. }
4. {
   
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);
   7 O* P4 H$ W3 z% B- o* y1 }% w
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   $ U* Q$ g5 _4 |" I
10. ...
    ' q9 ^9 M: j* b' u) ~% O
11.     while(1)
    + {. n/ A7 Q2 A- T3 ?; S; [% o
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    * ^) e( I& D8 C# f
14. ...
    ; z) y. H7 e& y/ B+ P# m2 w2 c1 C
15.     }
    7 Q( A! f8 T2 M2 ~; E* B5 u" v
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;">
   # h; G* ?, |. z& Y+ v/ p4 e* T
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" \
   / H; @# q! c2 }
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   6 x5 P+ Z9 a: X, I4 J8 s# T
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   " o. Z7 o. V7 R
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   . j8 w" X% ^0 E! M! N8 {
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   " G& w9 W  l; F% R. g/ A  e. V
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; H) Z2 b6 x' G5 u
10.             STD_HEADER \
    ' ^( ~' q3 j8 @( A; \
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    3 a3 j: u: p- X! p' d3 S
12.             "\r\n" \
    * s2 O/ ~. K; I4 o  b
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) a0 e: L, h! j3 q& P! I
15.     {
    ; a  V  U5 F5 `8 S" v* P6 ?5 T2 w  u
16.         free(frame);
    % ~$ ?4 s# g6 k9 w& A
17.         return;
    0 L) n. U; ~) e; D& `3 {5 _
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   . w9 [* r: Q& S, v# `
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 n! w" Q4 e+ N& n- M
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - q! o! Y4 @4 D- H7 I( R
7.             break;
   . N% G4 u5 H, d4 U9 J
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / h4 v9 N+ Z( n& k; E8 l
10.             break;
    / J5 c: Q# ]5 E+ u
11.         printf("sending boundary\n");
    - q' _. `- G  k1 }
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 O; G6 ?2 \, e0 h, P
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：
' O. t* P! q. J/ C1 S* n; U

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   * d' }$ f8 ~  X& s" \8 C
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   4 U& E3 \1 D; I. l. D9 n+ u
4.     if(*socket_found == (~0))
   5 }: a: L7 L: X7 j4 f, o
5.     {
   3 n; M5 y0 z  v: u6 V( N: H! m% ?
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   " z, Z- }1 G' y; U
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);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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* G' `1 y

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   # E: z4 y6 R& Z! E
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 k! ^  Q" g2 I3 ?4 S* D
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   3 _: M7 w6 h$ ?9 j# d
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 Q! h$ w3 ]; |9 R4 O3 ^0 o0 T
10. else
    ; M7 K7 E9 {/ j+ m- _
11. {
    4 y1 m/ V: P: N, ?/ T1 q
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
      `7 Z( `: k/ n3 K3 w& T+ @
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    6 a+ I3 d$ y7 g  i( c1 A
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

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