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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5 y- o; Y+ ]: G, U; R
- ]6 {8 o/ |, a) y, U3 s: x3 X

5 g8 A" q3 `, @

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
" J7 q4 X) a9 i' U* 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。

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。

  
  % x# i& G: V: 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。

( b* i. f. U/ `- W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)
   - L7 U5 g8 g$ b2 S: [* M/ d% _
2. {
   ' i8 t! `+ X6 I4 i" Y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ( G& i, b, C2 {/ W. P5 a
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ( ]6 Q8 g  S2 q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   9 R. f1 l1 X5 {* P
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' X8 J" l1 p9 N; {$ C; k1 r1 I, g
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ! w- R* j9 j! i$ r! X
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    0 C* j- S! z- K! }
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    2 M) f0 J, O) O' D
15.     int on = 1;
    . K; X9 D4 F% B/ |5 v: e
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    : s0 M1 h4 I4 P* Q" k
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    9 f7 N( r' g* c$ f; p5 c
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 i+ M% e1 R/ r/ M7 i+ ]" D! y, d
24.             return -1;
    0 M. u7 @) }8 T, o
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 z/ l  L( {5 q& Q* O
27.     {
    # H2 e5 J( H5 L9 u/ t3 O
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    0 {1 m+ }) M( w( O4 R1 `# F; J: v
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);
     l6 [' j3 _2 T! r' g9 F
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / u& @/ V. D- F* H# I. b5 F
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   0 B- b# H- A' p6 a' }6 P7 Q6 ~
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    # Y8 Y) G, x6 P) G& u
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 G% }. J1 h5 n$ m/ o3 R
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   , Z( ?- \! y3 Y9 E
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( c$ Y' u1 `
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   9 V. A6 e6 @0 }$ a1 t+ _
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; w& b( q" [) W6 B
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . u; t) D' y& F7 O+ d
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    7 j3 `1 r5 d9 O8 X0 ~
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    6 \( M) W/ O; {7 q7 G" B5 L8 {
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" \
   * i: p$ h+ A& G5 V7 a- `* T  A
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" \
   ; r6 X5 H6 y( T, y2 ^- J
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   1 y; V0 h% d: X. ~
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : M$ q4 e' z' f! D/ a9 B! Z
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 b0 x5 L! k* f! U4 S$ j! Q  a) B
7.     printf("preparing header\n");
   * y8 \  [4 C- [" ]' j+ C8 |
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   $ Y. Z! T  g9 z8 q* B+ f" ?5 H
10.             STD_HEADER \
    7 G! |; J* q- T/ i# v' f
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 F! Z, a! N5 q: L
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    6 Z% S" f8 i" e6 R$ `
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 C" r' ?& l, x) M5 [8 x
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( Z$ w3 v* e# w
17.         return;
    , t0 a6 a5 M, M" ^/ ^5 b5 @, O/ Y2 w9 ^
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" \
   ( ^3 Z/ d* Q4 ?" @( \6 O5 T: }
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);
   1 B4 {4 r1 ~& y! M1 B& {
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . |, `* W0 ~. r; K$ K! N
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   3 P7 h1 B6 z8 }: E$ d3 A; I( X
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % e' N+ t8 F, F( z/ {2 Z, ^) ~
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：
7 |3 q& @1 I6 B: J% ]4 }

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   + [" x6 v1 M" N) V% \8 `
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;
   
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);
    8 G0 u5 G- j& V2 S5 \2 I" E
13.     return 0;
    
14. }

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; q" k: E: x& q7 E
9 h- O  p/ n1 b; }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：
" M) T8 c% F; K& p4 C9 f. J
  z  L% y, {' j# @" W

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 W* V2 |, T1 [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 p+ M- D( ], |0 M; {: y1 [
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ' P$ p/ _4 d* }- W8 g4 @
6. {
   ( g& {: x7 T$ ]2 m5 Y% m
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   7 C( M) t6 L" }
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    & v3 ?6 D8 L' ~; \8 ]  S
14. }
    ( M5 z# C0 W( D% ^1 r
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    : m8 l5 q0 V3 Z- F% J6 k9 `
17. if(sendbytes == -1)
    . K" Q( L9 r: }' W) [3 Z
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - v4 U! C2 N8 }  `9 a
21. }
    9 k& V5 z5 g; @
22. else
    6 p; d- _9 k. ?5 y- `5 r
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

. w/ ^* T0 k1 r5 SiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html