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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: S# n/ @% p! y3 @! H9 B
; M. q' L$ A+ e+ t- l

  e3 l. H6 P- [$ r) h

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
# M& y0 s! C% i+ j& ^4 T. W- z7 @5 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。

' f; D- s, q! F) p6 y

8 R! x* K$ s# Y% h8 j

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。

  
  % b) O7 C9 t4 \9 {! ?6 |5 H6 s

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。

* ~$ E+ ~8 m6 o+ E( b! [一、HTTP网页服务器
" U( ]  C$ t( A( R8 n% l% E

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)
   3 n/ u) O* v. e; c" z
2. {
   0 O, {4 O2 F( ^( }
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   : q' O# c; q+ b/ a7 T
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " P. O6 K; N$ Q. q6 p
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) a6 I% _3 j& G' W
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   5 Y; x* T4 T/ z  j$ G7 w
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % P! e7 P  q! ]5 p# \) y
11.         {
    9 R5 j" W& l' \. V
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    % b$ }# I0 r. l' o* I
13.             return -1;
    5 W* R0 _2 J3 I* X6 w( m( Q
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    9 y: i9 f( r; H, D  `) e
18.         printf("setsockopt error\n");
    3 d  C5 e& S- `, P" I6 v
19.     }
      W  g' E4 i4 Z4 H& |4 i
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    , Y" f. k% `0 G: Y; _* _. m1 e
21.     if(ret == -1)
    ' {$ Y2 e' d% i' ^8 d: H
22.     {
    - \2 Z: }) u( c* [/ A% a
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ Y( @4 s0 ]! K( V& L: f! v
24.             return -1;
    4 ^4 ?: r9 n- d- J
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 Q* k; W5 a3 ^! [2 n5 x1 @. C
27.     {
    ) L& f: c  @0 o) n' `! C0 ], ?% f
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' ^2 u  |0 ^5 l8 y- W& B9 O. a& S
29.             return -1;
    
30.     }
    ( u8 o0 W+ X8 F4 T' ^0 v. C9 b+ D) G
31.     return 0;
    8 ~! g/ O: l4 |$ e3 v; J! q" l$ C
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   + {. }2 y/ x& B: l! y
3. {
   8 t* G  a8 O- o3 {8 ?
4. 。。。
   
5. while(1)
   & _1 v; i  ^5 h
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " v' d5 z" ^; ~: B, @
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   % K" }8 q+ @$ |
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    + Q( \5 Y' `: f" S
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);
   + {/ k& X& Z' x: |0 ~8 A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   5 k' Z- m7 o" c$ _- v* O6 o! K' w
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 }% m; P# S; Z3 K: P5 Y
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   " @4 A* n7 a6 u, l3 J/ p
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;
   & C. V& k8 D: A! @6 X) ]" ^
3. int main(int argc, char* argv[])
   $ _6 Y4 b) k; H- X" K/ f7 H/ Z& n% s
4. {
   ) b1 q, p+ a: B: C* K1 j/ _
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 R; O# x1 x* K" p" i
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' I5 Y$ n+ _$ q* L+ t+ i, K
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);
   % Z, B- H, n" `/ p% \1 i5 R1 Z
10. ...
    , f" P/ \  h" _" F% T
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    # C8 D9 |8 n( A
15.     }
    
16. ...
    2 H' O# L" X6 d" P
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" \
   9 r% H, E$ H. L$ R: g  Q
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   + f5 i) w- |. i' e/ x/ A/ t
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   1 M, t7 ~0 B" t5 o; T; C* Z# w
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   / n' P: S, k/ H9 F+ C0 _- y
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * G4 i) ]  O) \6 _& z1 f
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - [2 ^' Q2 a' ?
10.             STD_HEADER \
    / t7 Q; @$ S8 W; f
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 r0 W! y& G8 O0 s& K# ?. A
15.     {
    0 Q$ k$ H; b1 p! s; r' H
16.         free(frame);
      M: |+ f( a4 y$ m6 N9 w
17.         return;
      f8 A. V2 D6 }' ^" O% E; Q
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" \
   5 G# b+ Z* G9 B3 E) [8 v2 h; [
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( ~( [8 a. ?$ a+ I. M) y! }$ V
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / D& ~" J  }9 P# n: H
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   0 j* b6 r% W  L( k: _# N/ g
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ; s5 E: d1 S, ]# s" x8 R
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。

0 r0 `3 z, Q* r7 M0 q% W二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
8 w& ]; F( W: Q1 d* O3 i

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   & t+ V! l, ~% D% I! @
2. {
   2 t5 w* }! b6 z; o
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   + b$ g& d: k( P; p  I1 e
4.     if(*socket_found == (~0))
   # P  S6 g9 q8 @- t8 l
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   . d2 f9 ~8 T3 J
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   + s0 T/ \- X1 V& d6 E2 n' F
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    # [3 V. x+ k5 l+ d3 v# |0 g0 _
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 |- H2 o# n' e# R, B5 J
13.     return 0;
    6 c+ o& x2 Q; V. y  Z6 P$ ]: m
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：
' b) E7 g. K% N

, d! @. R/ x4 u9 y* Q

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 n3 C# b$ q- I; v7 K' R
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 I7 U5 Q$ r' I" l. Y& e- i
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % X; t1 [8 u+ S9 @+ ^  u9 `
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   6 I* u; J& f! U' F
6. {
   7 y( X0 g; X5 i- N' l2 d
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   7 x/ L- e6 ]( O! y. Y( k
9. }
   
10. else
    
11. {
    5 k7 m- O1 q+ e) h  s  Q
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    : }( G. V$ M% K5 F3 ~% h4 U$ z. U
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : ]0 c: N- [+ K
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    1 E. C$ b3 f6 E/ G1 ~6 x( M
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 N9 Z& v/ `6 Y! n$ S: c" F5 w7 O
21. }
    
22. else
    & ~' H! Z: c3 K& u0 H  I
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    * E7 z) M" o0 \9 r% W/ O
26. }

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4 Q* H2 H( Z. [. }0 b
" g: k+ Y8 [& \- U4 Q4 [

1 U) C* P! q- W. h% Z5 w& d
# v0 L# m$ r7 C5 d3 viMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html