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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2 q0 Z2 j6 Z3 Z: ?
8 q" \' R+ A3 `! z% w2 I

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
! h1 C/ B0 P0 H' J2 }7 [
! \! K, W  v2 g0 a

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。

5 Z5 M) g5 _6 n! |

5 _. `& w, ]+ P( |- n

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。

  
  2 _, j  b  v- V! w6 r: K

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。

1 B: h8 _/ |0 S$ ]$ g& X& q" J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. {
   0 @9 U. `5 d0 z1 C4 [# `* ^2 C
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # q/ R* V8 _% E- m
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   8 V; ?6 ^3 t- a- ?7 \
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % k# Z' N2 t) |
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    - k, x) D1 _9 Y, G1 o
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    8 A; I: P% w0 i" v& H; T3 D
19.     }
    + {3 o6 ^, ?4 P5 ?
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    , k- n: n: Z3 ^" u0 A! Q0 J$ Z5 ~
22.     {
    1 B3 @+ L: u+ X" w0 o
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    " ^, {4 ^; K# ~
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! [2 L4 f3 m$ s
27.     {
    7 h5 i! y* x" i: n& _: O
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
      X, i4 }9 m8 Z1 s
30.     }
    % N3 f. S' l* N7 ~! s; O  Q
31.     return 0;
    2 U0 g" T- D$ l
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 p0 w# Y  R& {; j/ q# c6 c
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   . h' M8 L3 x. r! E# l/ n- b
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   9 l5 ?9 ~& X0 e  C0 M
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   9 r; g9 H/ I3 p) f; c$ N, x& G0 H
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ' S# U5 h. l- d6 |" J4 }2 Y
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);
   " Q! e9 w3 Q7 m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   
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;
   6 k1 M$ e0 r4 \, V' d
2. pthread_cond_t pct;
   6 y, m2 A# |5 }4 {2 F  p7 a. r! V
3. int main(int argc, char* argv[])
   4 |/ o, N) A4 h& D! A6 L0 [8 K
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   6 e! X* {  V. W
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)
    9 s: ?" H( u+ }: [0 c
12.     {
    , \* T( E, }! J8 U( g
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    " s( [. O2 T8 k$ f( k" ~
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" \
   
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" \
   - k3 r8 s6 g1 H( [( d
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
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" \
   2 m9 n+ |" I7 `: g% Z1 y1 i
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ! u4 C7 B% P! P; l2 {
10.             STD_HEADER \
    # z: y$ a$ F7 f$ l/ i$ Z0 ^! m  L
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * H9 z; W7 T3 \! F
12.             "\r\n" \
      o7 m" B" N7 _, s. v/ J8 j) t& }
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    $ E! g6 Z4 D) D9 i6 z
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" \
   % n$ o4 J6 T, f. k5 ?- ?
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   . P; D% o2 I  d) Z7 o; S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 O( p& s4 ?6 g2 P8 L8 P9 x+ c
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   ; r1 A! s6 O2 Y0 z/ F
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) L3 |0 {+ X% F
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    % m- ^+ T3 M+ l- o0 ~3 A
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    4 _$ i# o7 z. A( \" k4 w
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。

! H7 m7 t. E; ]$ I1 O3 ?9 e1 G二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ K3 z/ }" Y  J$ s3 K3 T

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);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ) |$ U7 A/ y" _5 q, n# `
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   8 J8 N6 L( R# G" k4 ?3 F# y& t$ p
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / E5 u2 o- `' _( Q
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    9 C  Y0 ~; w. x- }
13.     return 0;
    
14. }

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/ `. Q) j6 Q' ^+ n: H! F# [! l4 l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：

' w, L. v, z' v7 Q6 w
  Z, b4 ]. N% U  j

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ( x0 U: `0 o. M! g5 T  |6 g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ) d# R$ N# l$ M. E
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   % G& ?5 k/ ]) b1 o8 [% R5 {
9. }
   
10. else
    1 d! p+ J4 H5 G0 E/ {
11. {
    ) i7 H3 }0 p. ~7 G. q3 j
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    2 h% p; y/ L, j9 Y' X4 ~
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 |" i. o. z* h0 B$ H8 [% r
18. {
    % N  i4 R$ ]2 e  k8 ]
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - T$ e5 E; S  l( j3 W8 r* Q" _4 y" {* e
20. return -1;
    
21. }
    + K/ F+ R! p' Q* y& g
22. else
    * S6 V+ |* {; W  Q2 t7 ^1 N
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , a) T! Z4 T! {. f- P1 x' y& n
25. }
    & c5 e. U/ V" w; N% a
26. }

复制代码

/ v* w7 ~5 R  N5 H
' g: |' s2 L! k3 {iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html