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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$ D% W# u# g1 n  }

- {( f, Q. P( D

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
# k  q. I% r  d/ M9 n# K8 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。

2 h3 w( K! S; u( I. 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。

  
  0 y9 l5 G/ Z  e' m

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;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   # Z3 L4 s: C$ l5 J0 Z8 [- x( [
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 H6 \- v* g! r! K. m
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   & s. w+ {) }" g0 g# H
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 e5 }- n* E! f$ e
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      J3 J! b+ W. r8 p2 C& h
13.             return -1;
    
14.         }
    3 g+ t8 }9 \$ O2 a% r( i. p) @
15.     int on = 1;
    , C/ {  I- F5 I* q7 X$ I0 c) G
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    $ p1 g. H5 Y! X9 J% w3 E1 z/ Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    4 Q' E' v7 k: d
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    , ]1 l# u) B* x8 m
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ) E% d3 p; J  f+ a3 E$ M4 }
25.     }
    ( u- b  z# V3 n
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    % ]- k6 [$ r7 T; K- ~' i
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)
   & g" p, s9 O5 _+ }
3. {
   4 M3 H, Z6 x) g) ?3 B
4. 。。。
   : A9 L5 q) _$ T' c! E6 B; |1 c8 [
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; v* K% |' D# [. J' V4 }
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     T  [/ `: G2 d3 l9 m
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    8 m% k+ y; L) r$ l
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);
   ' Z: u6 q- _- C( U$ z6 _5 B
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   1 l' V8 [+ R" i4 W' d# M4 K
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ( n5 P0 w( U  [% a& {7 U6 }0 D. p
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;
   . z! \" X4 R, G0 R( U
2. pthread_cond_t pct;
   ( r5 E% x4 P  a. a. O( x; k) T
3. int main(int argc, char* argv[])
   - V$ B: y! k5 g$ v9 f7 t  t5 X4 \
4. {
   ; _, Y' X# P% T+ W$ S4 C" ~, P" U
5. ...
   2 m" e9 K- ~* K1 R) o
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * d9 _6 b( i" e1 t% `5 V8 e8 T
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.     {
    9 N( [1 {/ E( ^# g6 @
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    4 O  K+ m  _& j' E
14. ...
    # C9 r0 x7 @: r; ~  q: c9 I" ~
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" \
     l' ^0 ~1 E( d4 R
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" \
   ( L& a, w! t, t, ?1 k) `0 ?
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   + m4 D1 V% D( ]5 @( v1 J
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    2 c  b- }/ h& C! D2 m
12.             "\r\n" \
    ; n" y: Y& `5 Z3 ^0 F8 F: G0 F
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    7 B3 L. X# m* B& j( k* A
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    1 o- V* y. j  F# `+ N5 i# t
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 U6 s2 Q' a" d* |& u
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   % l3 R% N( `- S
8.         printf("sending frame\n");
   $ n! D8 V5 h5 \* u, a. J% N/ {
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    - u  K% v9 J9 \2 Y8 D+ q
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % Y3 O+ F; {1 ?" Z1 I
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：
. b/ K/ j, Z. [1 \/ H* o) s9 o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   # o/ U$ H& _. F5 w+ y9 B
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / q8 f% v1 Q! L+ [+ J1 ~
4.     if(*socket_found == (~0))
   . I  C6 I  L  M, @
5.     {
   * o# r" n4 F  n( S0 b$ N
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   - r2 W$ ?" V, ?% h3 S& @& o
8.     }
   - Q# C% K  m2 l7 v- E/ |
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    * |5 z6 x" D9 S/ Q; Q, v. f
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 q4 b- E3 X: A% [, l3 N: D* [2 _! t9 V
13.     return 0;
    
14. }

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7 [9 [7 T) V- `% S
+ `- Q  B' p" `! S1 M% Z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：
! l" J0 }2 ~: @' Q9 l
8 {; {# F5 D6 d% i2 l, ^5 E1 y9 \
' g/ K4 n) V& \' ~, }2 c/ I

1. while(fend > 0)
   ' G  `* D  a+ V' V
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ; R( W8 f: k% C( z" I
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   & y/ a6 I0 L! @) E
9. }
   ' S4 M- j8 u! v7 x. r; V0 b) w, e6 p
10. else
    
11. {
      A1 R1 p" b0 U9 L% T/ E
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    - i5 t' i' n" ?0 X9 t+ N/ ?( @4 \
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " T4 q! o1 I! x  I8 }
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    % W# t" k- g$ x, T, q
20. return -1;
    7 }& R8 x5 f! j8 \( A) |) h
21. }
    - C- w3 A& }: B1 [% }; U
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

5 `9 L) B) h5 g6 m5 |/ b# s+ F
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html