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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+ W  b/ G3 ]6 j" I
" Y; V; g& D3 V1 ~8 _+ C8 n

7 e) l! G6 n/ O  d: m' Y! h' [6 O

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 q3 G( L' ^8 A4 W

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。

  
  6 x5 j- W# V. l; Q5 `& P

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。

! t' e5 x( }- g$ N) h' T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. {
   / ]4 Q# @, c( I& o( n+ {
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' V' y# d' q+ Y+ k
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ) y$ Q) H2 y2 v4 }; F6 }
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' p2 W& z/ x5 {( Z( z) y2 s
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   . U4 l' [. }. P0 j
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ! L3 Y- @/ X3 U  M+ A$ D" X$ Q4 J# S
11.         {
    + v$ [! y9 _: d5 F/ h
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / F* F3 u5 y! O* X
13.             return -1;
    # I; h' f0 q) N' U0 a; \0 Y" J0 [* p
14.         }
    2 f3 |. C& v5 ?' R- o7 D/ Q, J
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    + L; C  h7 @; R
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    $ I0 e( r6 a: ]5 T9 a: V' C! {
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ) _; r% w! f- S6 e2 T
21.     if(ret == -1)
    % e' f, @' O& \7 z, ^
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . ?* l! C+ o- G+ D. j6 t
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    8 B* n% P# Y) Z# j2 t. M, O
27.     {
      F: j: S+ ~3 O5 n
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' z8 X7 O/ z5 {; N0 _0 P4 I' N
29.             return -1;
    
30.     }
    . ^# W3 }  R1 G/ g' ^3 u/ O+ q  R
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);
   , h# p- V& V' F% W- z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   2 K. p6 {0 f2 g6 W" H4 ~+ p
6. {
   8 Y2 v; C# K; u. O4 A& f* M
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   - p. V4 u$ `) ^- [
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   7 A. A( N) K& \. ~. k* k
9.     。。。
   6 i7 b; b+ m& c9 Z4 o* \' h
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # P6 f$ J5 _- \  `' H: M
11. }
    ! i4 K+ k% U' a. [8 @, @$ ~. e
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;
   ; B$ G3 {/ U* \+ X* l6 y
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 H9 O+ e% N# b, q1 @- \6 s( Q# k
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % X  Q6 ^" u- `2 L0 Y; o' M% }
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ' x3 `3 |6 y" P0 q
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;
   + u2 C  j: r/ I* S  i4 r7 g
2. pthread_cond_t pct;
   7 t+ l+ u% z! i
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   4 o& l/ @" v; U3 i: |( H
5. ...
   # u0 ~, G, x/ Z2 ^3 \5 |5 d0 d8 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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ( C8 ^+ X; [! i0 U0 E
10. ...
    
11.     while(1)
    # X8 ]! ~; ~' g" G' Y: x$ E
12.     {
    ) G6 Q* m* ?0 e$ v, i' [1 l2 X9 E
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " v+ }% A* d& ^& U" B
14. ...
    " B+ T" r9 [2 x/ _
15.     }
    
16. ...
    7 ?  O' M% f9 T; u7 _% ~
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" \
   ) a  _5 w! e- w* \
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! [. ^) B. O1 x- c. f4 a( K
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   4 f3 Q2 W  L' f; ~8 p
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    5 t- v1 F7 k; D" E: U
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    2 G! k* z7 Q8 V: ~* p
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" \
   . z' o) ?1 K# Z' [) v( U- Q5 d
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   & B* W+ e$ @: \( c' X" B
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   3 N6 n8 i0 x3 s* @9 o
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
     m3 ~7 A- Q+ u- q, t& A
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " _  P' N% B* L& S" l. |
11.         printf("sending boundary\n");
    2 B! C" Y/ s, o) M
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。

- y& l0 O2 X, f# g' J

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
" m6 o( D3 g7 C' U* z* ?  w  o

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
     V$ G0 i# l+ F
2. {
   # z" |, r8 p$ H; u
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . Z% v& W) b- j9 H) V
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   6 l1 O; l- A' @) y/ R$ s3 C
7.         return -1;
   
8.     }
   : x4 \. j) @. l7 y* M
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( t3 A2 S1 F) ?  U
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    1 x: ?* Z$ F- G+ `; s% M6 d6 G, P
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
      Q( c5 s% L/ R2 n3 \! b
13.     return 0;
    9 z2 g) U4 a2 \3 z2 n4 p
14. }

复制代码

7 B. x# n; Q- x6 b: e) h
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：


% O3 |1 g4 m( F4 u, i. e

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 T7 o  X# I9 Z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 a/ Z3 h9 ~  c1 z2 T9 L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   3 |( P6 V1 `0 h( \
9. }
   ( V+ B! j, d4 ]" ^& v
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    & L/ z' e; u6 }/ v! _
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! A( H4 j0 w) L
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    - O( k, h8 ^/ n7 z. k( _  N! S
18. {
    8 W# N) L$ x+ _- ~' W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    : ?7 t! t$ B2 T' v" F
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    - x4 `' E6 n/ K; o- z$ f2 R  s
25. }
    8 q* O: L5 _4 w7 ]; B4 Y
26. }

复制代码

: X' d1 M) e. Y

3 g- f1 g% p7 \& [) H/ IiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html