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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- K: I1 h* q4 s/ U0 K
$ `8 c: L/ d( {0 f

: q) h' C1 M! }% t1 A$ f

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

( I+ b" L! q1 C7 {

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。

* k( R: n0 S; u" t$ f# E& }) \9 \

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。

  
  - w9 }9 H/ T' d

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。

! d# r- A1 C* k+ v6 q3 c% l, k一、HTTP网页服务器
, U) h! `  @( w) p( i& L

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. {
   ; q2 @+ ]1 X- i9 q& Y2 Q" Z
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ) o6 o! E% r4 w# K. j) ?
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   9 A; O. h* m# f7 W- k9 V% C' ]
9.     int ret;
   
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;
    2 ?# @& p$ m7 z9 m7 w
14.         }
    8 z8 J. A/ G0 \5 W; p7 x
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' @7 t8 X; K* F" ^# J9 {- p7 ?
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    5 Y- G% F+ q+ [
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ; i, t5 }% W  ~
22.     {
    6 \2 b" t  d: ~; G
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 o; g6 G! f% O+ [5 Y
24.             return -1;
    2 w" e1 {1 L& b" B( T) J# _. J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    9 P8 M+ A* h1 ^' Y( \# J0 B6 S
30.     }
    
31.     return 0;
    7 F8 y( y% ~. |, _6 b
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);
   - Z8 S% V' t" }7 P; |6 z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   - u) U' V! j+ [' B) m
5. while(1)
   " p% B* G6 c9 z2 g! F2 S5 P  X, s
6. {
   . o% m- N* l( r
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ l' k: N* B5 u2 q, p$ g
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; ?# N) [6 w! U8 v1 \
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 F6 `0 D+ w/ R) }3 \
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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[])
     S5 X- @* m+ n# g" a) \/ ?+ ]
4. {
   & ]8 a5 j% X- p! O+ M% O, k
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ) ~# `5 C6 Z2 A
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , U% P% F) F% C6 Z
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. ...
    
11.     while(1)
    , ^/ Y% w: ?; u8 ^' K
12.     {
    / B- c" o) f$ l" G! d( t8 w" {3 }
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    2 D+ l) W( ?) ~1 d2 w; s' E
16. ...
    " Q) y' V, T' T1 w  ?
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;">
   $ g7 ^% N* M+ ~! D9 S0 l5 @
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" \
   - |( j* u! {6 q) G- S; m$ 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" \
   - b6 ]% _, N" V- r* h
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   . n6 Z$ R. P3 j
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   0 t! J! B1 T: U2 [$ ^1 P0 p) Q- u% Y5 V
10.             STD_HEADER \
    + |, f, F+ `3 I6 h% x7 I8 M/ B
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - W: V- o/ u# Q; u6 l
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 H( E5 S! e5 h$ l3 Z" r7 `
15.     {
    7 [: W/ w) A/ E* ?0 ]% \& i7 G* B
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   3 Q5 A7 V" y/ @% T" i7 d/ g
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 g+ C) z' W! H2 E
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   $ ~6 R% d9 W/ g/ @) h  A3 H" M
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    : e! |4 c, L: h' U6 U0 q; I  J
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：
$ A7 A- P$ K: f

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   1 M- r8 ^0 j$ h4 H& N' z
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   . }' \# v2 M0 {% S$ {
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   8 e' }7 d1 ~* I. L
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ) p3 k7 c4 ~9 @0 x8 d3 l/ H
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    4 k/ I7 H" X5 r: c% D; J% Y
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ! g: E) u2 d- @& y, D
13.     return 0;
    5 T( B- N- |3 U$ f* V
14. }

复制代码

9 ~8 w0 p$ e: b& H5 e) M
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：

2 }0 [( ?) d8 _% H& ^9 `; N

1. while(fend > 0)
   : `+ d: y2 d. G8 E+ W/ d) ]
2. {
   1 H0 J2 @" h3 R' b
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   " C- R# J/ }5 s$ C! T2 k; c
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   0 s. H1 W7 h# O+ d9 t) V: ^( E$ c
9. }
   
10. else
    5 G' _- Z, j- W
11. {
    
12. picture.length = fend;
    5 v$ I0 k' W! p4 A
13. picture.fin = 1;
    8 I' p3 f+ ^. A! i! f9 d2 i
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    + u& |' k. W# ?! |; S: [
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    1 b) }+ b9 |1 }  o. K9 X/ Y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 v% s( u' p4 @1 W$ Q( A7 e, J
20. return -1;
    
21. }
    ) A6 x) G" Y  C6 q
22. else
    
23. {
    , r. J$ K+ [* l
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

  p5 }# k4 D+ R$ \; S$ p1 Y% P
; Z. B; X+ \9 ~$ w# w' o0 v$ z

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