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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  Q% }' J* ?, J1 l; _  g, Q. ^9 ~
7 b# w+ w- S+ c1 @. k- E$ K

. H# w  R3 p8 O2 a

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
) \3 w$ c7 O, }
$ T6 o+ n" s9 {2 F2 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。

: D- d  [$ ~5 ]) r. Z

7 W5 n- `3 A% G. R. g* b$ _

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

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)
   7 u. R) i4 r4 _  U: c& ?0 O
2. {
   . T! K) T4 j0 c+ ^$ C" f; m* t( R
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * b! J* r8 R9 t) x) ?% K( d
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   / l8 p3 ?$ h" M( r4 O% ?( ?6 Q
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    " j3 x6 M) Z. {* N7 H9 A
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    % G& W0 Y8 Z% t9 C" u
14.         }
    
15.     int on = 1;
    7 R" u1 x/ v3 c! d# Q& i" s
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , v5 k4 [# J, M$ X
17.     {
    / |9 e, t* ~+ `  v  T3 [
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    2 V+ L* E7 x: C  ~+ F' C
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - F' b4 f- ?) f( }9 Q" y
29.             return -1;
    . _5 T/ c: L! @/ i8 F
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);
   ( i: ~" M6 B; `, }* U
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   & s. U& j5 z6 E+ v* w/ c
3. {
   3 R0 l' J+ X5 K* d
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   : I1 D. @5 m& v; w; h4 y
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * W. c$ D% C& U$ s
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; a. _2 W& Z! C$ D( c  ~3 B
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;
   4 a1 W3 [: b7 |& I. F( J0 @9 R
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;
   , ]8 z- o1 X1 b( e; Y4 l& }; u& |2 @
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   5 z7 q' Y6 i4 _% i5 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);
   ( b3 o2 A  j, N* g: W
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   $ F* x# I3 F( ^; v5 N  G
10. ...
    ; c% S8 L) u+ O1 v/ l2 ~
11.     while(1)
    ; c, z# `+ }+ G
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
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" \
   
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" \
   0 H6 m( H* a- M$ W# G! A8 H
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   & g; f* [6 @/ F4 i( |; u
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ) d! f+ h/ s2 v( {3 e4 K
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    8 a% h1 [- @- O$ B4 v% p7 l3 `
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)
    ) a! M5 l# O7 x' |) h* D
15.     {
    3 S0 s  M# a7 n6 w+ E9 [) M6 i
16.         free(frame);
    $ Y2 R( A- s1 ]1 N# J; K; {, I6 Y
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * |$ ^/ x, y. M' s" [2 n  N
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   1 t! n7 [- {5 S8 `
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * e/ w4 y- s( r7 \& l
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   2 y6 ]! H; L$ N+ J6 G4 F3 ?
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    9 B2 i6 `- Z5 K& S4 F- v
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)
   $ L3 V0 N- _  K; X  u# w3 O
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   . U5 p' j; C* P% t  S6 K8 f
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 w5 [) ^7 r9 B
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 n$ ]' _! ^; r: B3 V) a) m1 m/ q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " B/ t' S! F) v* m8 t- Y& ], l' m
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 J- k4 q9 Z2 O& n4 ~/ w
13.     return 0;
    . G6 Z  h6 j' h$ Q& v
14. }

复制代码

: {& E( O. K( H0 t- y# x: k
7 y) h4 U' y8 s4 @  k% P, 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：

$ l9 B- v& H6 E1 N/ ^$ r

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ) `: r2 u% T4 K. b: R- f/ w
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     C9 j' [" ]6 v. v" ?' }
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    9 O, G1 X2 q+ a7 \  j* S( E
14. }
    
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)
    , |/ |; v, b# ?* F! I% x9 `: [% a
18. {
    3 A' }3 G- P8 u! U" m9 o- \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    ' c5 j  X& h9 }* u
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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, G& ~, Q* G$ `! x
3 U: p  D3 u8 q$ X' M7 L: j

6 D3 ^# d( n& P& F: v% z; O# T4 l
) z! G1 m2 c0 q6 ~; d! Y1 piMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html