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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- A; V9 r/ R4 a* l/ z
) {) ~5 N& ]8 t9 D5 S: L0 E

. q, B3 R4 x0 m/ N% }; k7 ~: ~# p

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
/ O' t: B* Q, @, [
& p1 q) [- _" s; y0 ~

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。

9 ?* \% ^- Q' m; \  z8 C/ u

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。

7 L9 B" z( O! S+ k; r' E; s. T! S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)
   $ s7 V& M  U" ?. H0 g6 I0 m
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ; E% C; r, |- ~4 o' |/ I; |
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   2 }6 c. O+ V% I
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 a6 ~2 E: |) n# o
11.         {
    ; \" R1 P! h. T6 w" b
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
      g7 @( X/ G8 b; m7 T4 u& ]* J- V
14.         }
    6 O$ _+ I% |9 ~( b! A
15.     int on = 1;
    - c2 S0 i2 a. C- S/ \- g
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ A# f7 j+ d4 k& L
17.     {
    + B0 o6 D1 r$ ?) d
18.         printf("setsockopt error\n");
    / g$ U, y& B7 f' l9 b
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 p7 Z! e  K( U( L4 K+ T, q
21.     if(ret == -1)
    6 c9 S! J( H8 m8 f0 i- g% @: S( _
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    ; {" n; C1 ^9 |4 X/ |
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " ?" {+ `; y& r
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # \; m& \5 U9 z: U
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);
   6 Y* }" a, a5 @9 k
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   8 [) j! {, F7 j
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   % ^3 @* R1 w3 C) b3 b. h
9.     。。。
   & H' c$ p9 A+ l
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    2 T0 m5 |& s  b, q, Z/ H
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;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   1 B- ^$ D$ m" w2 M
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   , S/ w0 h1 d9 Z# G
4. {
   " S1 w( q9 F8 Y1 h
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & `% I( P) y2 ~- I
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);
   & ]( O" M2 q  g+ d- J% |# u
10. ...
    
11.     while(1)
    ) {4 B) z! b4 P' q
12.     {
    % v, a; v! z  {& F. _
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
      Q0 B3 u1 M6 t$ w
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>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   : X1 e$ a8 ^, Z+ p- a+ O! f, ^
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   # ^, z4 x3 h) e8 z
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   . i$ o2 ?9 d' _) K# p. R) \
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   8 K0 g8 m* c- R9 y6 f
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ' q7 u* Z; `3 m* I# s
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   3 J2 |$ s! w- j, X0 {  _
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    % T: F6 K1 g/ a+ J8 p# U/ b( N, m
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    . [* Q; X$ A5 b( e0 ]& i
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" \
   7 s  V! X# f$ m% G* r( ]2 o2 f
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ) D8 `+ K) p6 u* R/ }& [1 p: T
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   5 [9 D, G- @3 E' P+ w6 C5 O: S
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   * V0 n& `% s& g2 r% M% }+ Y
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   8 W3 z/ R6 x# T, `" o; f! A
10.             break;
    8 F0 g$ b% _0 ^7 V1 L
11.         printf("sending boundary\n");
    8 Q% b3 o7 V8 @+ R3 N  p0 H3 z0 |
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    $ j# t& B! c% t
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 n# |- c3 b3 W& t3 u( D+ d0 }& m
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>

复制代码

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。

7 x6 y4 J6 f% Q/ {

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
6 ?1 z+ ^, a" a6 W+ U% N0 {

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ! S7 R, @' N! h0 P  s5 J! J0 M
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;
   $ _* |& P) H% q2 |. e: D! K8 [
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    1 H4 n* g7 Q1 @) o8 u" c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    , P; t, D# F+ R/ ?( e6 C5 K
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    + E2 j9 w! Q. t' U
13.     return 0;
    2 v, @" J/ {. ]2 i2 z- K
14. }

复制代码

8 ^  z9 k1 O* M4 [" 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：
5 l' h7 T( Z: J% P
, q0 w/ X% s: y* n0 o" ^* [
7 k: j* W5 g3 z* n" T* q2 c7 D

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   8 s8 _: o( T/ N( C( ]1 n' [( N
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   4 w3 Q/ P; W: Y3 O, j6 M
8. picture.fin = 0;
   " K' D* P. o4 \3 [) S
9. }
   
10. else
    2 U) E, l' o4 w
11. {
    . B+ n& i2 _' K9 \# d
12. picture.length = fend;
    ! _, S. @6 D  a- k3 f% Q
13. picture.fin = 1;
    # b, s) t$ Z0 i: d. Y
14. }
    1 |7 i& ~4 J; f: a; z9 i
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    2 c: r5 E* [; a4 {' D* _
17. if(sendbytes == -1)
    . T5 W& v& E$ B8 @1 b% H
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    , g# M/ j: g1 @, B6 Y1 W; e
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    ' }( K8 I" K- L
23. {
    ) j, S, t3 t0 `1 l, d1 s5 Q; S. M
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    3 ~0 T% B' o4 |, |6 L. B
26. }

复制代码

5 r8 v: t" S  `9 l

* a% J' D7 |* o1 B
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html