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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; t1 |3 B9 o+ Q* w
7 H$ ]4 \0 d4 c# a2 A

- m1 X& {* a! D4 z2 C

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

* T7 D& o# w7 i, z

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 S$ S! k: m% b. T1 ^/ s) `

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。

  
  3 c6 e$ o2 ~/ k! e' S+ f, 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。

0 I2 @: W5 a5 t. _+ X1 {一、HTTP网页服务器
+ r* C. n- {+ `: C

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;
   0 Z5 ~( a: w: l: i: j) F& A
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   5 m" n- U& }& g) J" n* y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    - W9 O; O! [$ g; O
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 L2 y4 i3 D5 R) Q# u
13.             return -1;
    
14.         }
    - W0 O5 u4 K8 }  m  d" z# A! o
15.     int on = 1;
    ; X5 \. `/ a( {$ R  T8 z; G! g
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' T- l, F" Y& N+ d
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    % l) ]) P6 B+ p$ _) t8 f9 \. P1 j6 B& J
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; I: t+ m; w: t8 Q# J
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    6 q, c# V( A, I% K& C7 [7 h
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    3 K* t9 g8 k: m8 ^/ x. @2 R
31.     return 0;
    + c. u3 J+ @3 [7 k) H
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);
     ~; A, }! i9 W5 d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   3 r- ~; u' a: n  |3 G) b% Z
3. {
   : u4 }4 X" j' D8 S& {
4. 。。。
   # s8 f0 B1 Z; I8 k9 J; h8 V1 K
5. while(1)
   . [$ ?# @+ _6 B7 E5 I
6. {
   . H# ?. i6 X! [0 M+ y( Z" q8 U
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + x& `! _8 D' U6 t/ l2 w; ]
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    # P& A# j3 M2 Z
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);
   5 N! F$ N/ g- M! y
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   0 {( V( M1 _8 N
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   5 @9 _7 i, X5 R; z. w6 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;
   ( _! B9 ^$ ~& {6 K% U2 @$ E
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   9 @4 P+ X  i# q4 ~( H
4. {
   : r( A( G! Q; q
5. ...
   
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);
   , H5 Q4 F8 u5 ]8 f3 S+ Y
10. ...
    / V9 z9 j9 f5 M
11.     while(1)
    * J# F9 ?! Q7 `% _7 H5 l
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    5 G! P) V$ P5 i7 N" _
15.     }
    - q9 ?# D; g# K5 P
16. ...
    0 H# O; ?! A, o: y1 U' [5 J
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" \
   ) g6 O/ G" l. z) T- r
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" \
   . p0 g% `# Z8 m
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ! a* r# ^, |: _; C' l$ l
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   6 p: \8 _& m& d0 e. f) g
7.     printf("preparing header\n");
   
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" \
    ' {* Q* |3 x) F& U6 _9 @. e$ y8 w. L
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) P! T" }5 M% b4 }
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 |+ b7 ]* T' w. {
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   - T3 J: T( Q- _' Q6 I9 d2 _
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 F  e8 [; x4 N$ I* C# r1 }
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # V4 e, E9 y0 W/ E$ v7 H* _$ F4 E
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( j" O4 G9 W, p! V$ m/ w& c
10.             break;
    . x' D/ T2 ~7 ~+ t
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>

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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。

" P1 p, i7 X! F% n  v* p

3 b6 t" x1 D2 ?! b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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + U3 K7 U& d1 ~2 H3 v6 |
4.     if(*socket_found == (~0))
   2 F: z& {9 L  H9 Q! B. \! V# K- e
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   " Z. @% y5 L2 E9 N- R. ]  i
7.         return -1;
   0 j! U) w% g( d& J; p! o
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   * @4 ]1 x0 a3 T! o6 V: W, L; h
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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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：

% F3 m( k0 l' ~( K& U0 M) s0 a

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 p  n$ j# a# `$ X( M' U$ L4 D
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   / s5 h# ^4 a4 _( H
6. {
   8 n4 n" M7 ?" \7 S: I4 u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    ( R: \7 m1 s' @( v4 d# r
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
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)
    5 F4 D: r  i- d$ o, L
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    + O; O9 Y0 `# v% j2 u
22. else
    % P/ ~+ I9 d1 U8 m
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

  |, {* u4 E' k

9 C+ V: ~) v8 W6 N4 P% ~" J' g% N
. q8 L3 u9 h% S6 Z1 FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html