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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- r: o1 f2 P# |8 [$ |* `" h. a, t
7 e% S/ f' P( l0 w2 d7 H3 x# U/ W- P

) Q/ L3 y3 o4 ?: C% }0 t1 {% M

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
; R) w; `1 t! W3 i, _6 ]

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。

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。

  
  1 m) @9 {/ B8 n; X

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( z% z, S% |7 d% G, l
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   4 y, J/ a1 F+ t5 C
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   4 d" N& o4 z2 i- F$ K! }2 D# n
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 x/ o' h1 a- P$ m/ j! z; [
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   , q2 ~- a6 |; k  j
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;
    
14.         }
    8 N( w' Y! B: [; S4 e/ W+ P8 x# k  |
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    6 [4 _2 M- u3 w& J& m5 w
18.         printf("setsockopt error\n");
      ?' f# }6 v/ v* f
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 e+ R# ?, n* ]$ l
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    8 f3 X: \1 ]6 B, U2 M
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    0 d1 W1 g/ d7 L, B! s* a
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    & v* S/ L- D$ h2 N
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    * I& o1 V( Q0 o2 X4 u
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / }: b7 R7 j3 {2 ]( F( ?2 a
3. {
   , L/ r* C, y/ D7 i9 C6 a* m0 v
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 y- B0 x6 q1 E# j/ R: B) T) Z. Z8 B' s
6. {
     r+ ?) h& K9 J) R6 ?
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ( B! k. P" O3 s
9.     。。。
   / Y8 h+ a3 i5 k7 N2 b
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ! i* B5 V. U+ H& A9 O2 }. D/ M
11. }
    
12. 。。。
    6 i8 @+ J1 w: t3 k! O  s% X* v
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);
   : M# F  r$ W  m, Q4 Q
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 `/ E! l: M) d4 O
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;
   " p- h9 M# B+ c# e9 w
2. pthread_cond_t pct;
   & r6 B, u4 i2 s( G4 x# @5 {& g
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   6 O& T3 }/ g3 O7 G/ q
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - f+ V! G2 m: F5 [0 u
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)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    8 r5 p8 t7 p% V* }
14. ...
    
15.     }
      j% {. V0 q' {+ X, R
16. ...
    . h$ l; b7 N7 `6 y
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;">
   5 r3 ?' W7 }+ _; ?! W1 [' m
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" \
   1 |. d- X/ C+ x: K6 y( x6 y8 S
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   $ q. L2 Y5 }2 n. s- }' B
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   $ `/ `( |  _0 y9 _' L: r9 @
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ) N% n  G: ?2 W1 Q, Y/ E3 O
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; u# a: f! o% W# ?% s$ n  v
7.     printf("preparing header\n");
   % e  r9 ~; l2 g3 a6 N& {) X
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    . `5 s0 @" H6 n* V) d
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    7 q8 u+ U" y2 p% Q9 ]
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    1 ]3 _4 F, _6 H- m0 u: m
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    * S, i$ @' s+ G4 V9 m/ s
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" \
   1 [" l/ [, ]2 G3 ]+ _- c% X3 s
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ) F) I5 [1 o7 v+ b) \
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   + A& X8 z7 Q- n. k3 ?
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
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>

复制代码

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。

1 @2 y+ K7 z3 U

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ F9 I7 b4 J  }9 m+ ^- E

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ! {% D) b8 }) n) n$ n" y! U9 |
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   / L1 g/ [! p! C- _/ R: U
5.     {
   1 H7 s8 X: a7 d! S$ m
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    - w- s) a  {9 V# h- _% S0 J
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    7 v& c. W: `% d$ ?" n1 E' W9 T
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

9 |: x9 C  Q7 S# z+ L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：
; P* p; Y0 U: c

' k8 `( ]) M6 M! d

1. while(fend > 0)
   
2. {
   0 {8 {* ^; ]& ?* [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   " }0 }/ B& e4 ^* M% q& d
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   % E. L# ]1 B  s2 t* }' g
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   % ]6 M+ j; t, @* f' _
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    $ s7 q: @$ c, d2 u  X( f1 f
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ) {# T. a+ T$ d9 K
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 N9 W: `- R4 d' v" D! J" i3 u/ t
20. return -1;
    ! G. P2 G9 W8 z  {$ o' k* L; c3 E
21. }
    # u3 N8 y% y1 A1 `
22. else
    ( x3 z- o2 c% l( D5 p$ b
23. {
    ) D0 Q: b& j7 d; [
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

) Y( y8 G1 L) I
& v* |8 H( m  a8 e

3 e1 v) P  V+ R4 [9 L
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html