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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" {- ^; \& `+ p  E, @. L; X
3 }" l) I  {9 \0 K' b; @

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
' b' u; h" a/ e& Z/ Q# u& t

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。

  
  * ?3 h& C4 y% `. `0 m! B" c/ G0 v

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。

3 l$ g. Z7 l! B0 |$ B一、HTTP网页服务器
5 c: O- B1 K  v0 N$ X

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;
   
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);
   6 Q. u6 V& [& v) [- a' F
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   * i  X9 e4 Z+ c1 p
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    0 |: ?; _! z2 _1 e
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) ?5 q. `, D# [% P8 e
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 H( M+ M4 Y$ k' U7 u
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    0 j8 X" D& ^5 L. Y/ P5 ]" t$ j
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 M3 a" ^8 r1 M( O: A! p
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    " p$ W. J, h0 l/ f% K6 b8 `
28.             printf("Listen failed!\n");
    ) g9 X& n7 J; `* F9 Q" Z; v9 A
29.             return -1;
    
30.     }
    ( ]  x3 ]5 X! Q+ y  j5 O0 Z4 J
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   / o# T9 ^2 `: x4 J; d+ b
3. {
   # x+ [# P) \# ]3 {: Q$ l  d
4. 。。。
   8 C0 |# p' _/ |8 A6 ?. j
5. while(1)
   * o4 I% k: S3 E2 r4 u( ?
6. {
   8 G2 q4 Z. d8 R1 J7 `8 n% b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & t! G3 `% z/ `5 `  H0 P& W
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , H/ b  \: C) I" x; J2 {5 J! g
9.     。。。
   9 z# w) }2 i2 i1 D; l4 \' Y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    . [; u( Q" l* ~6 K% J+ X  p: p; S
11. }
    / [% x& L4 P2 @% n- z# R. ?  n
12. 。。。
    7 s; F- i  u1 ~* r; }: G3 h
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;
   7 a1 J" O- w. U/ g6 q0 Y
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " \6 `' P/ V# e: |
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;
   ' @7 P. n; f! R1 v5 P, g
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   $ F# g5 H* `- S$ o- C/ S4 e+ G
5. ...
   7 p! e2 e; g: t7 j: I
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 @% [0 i1 W$ F/ O
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);
   
10. ...
    : U' p1 a! i% L2 J2 c
11.     while(1)
    
12.     {
    $ @( J; o" t4 b) m
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    0 k2 f% R. |+ M7 B' v, p$ o
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;">
   0 k9 l- j; `& s! [
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   0 p% y6 D! d& R" w  w
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" \
   0 Z$ Y* [" L# G' m  k! {8 `; K
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   + i, F9 h  ?$ a6 X; _+ l5 ~
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ' f- A8 N$ |1 H7 M& o- u0 b) [7 F
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ' ]9 B8 O( Y) T& d# L: C* _
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   2 Q- B$ \0 j5 z1 R9 K( Q) C* |% O
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    6 e0 C* R7 J: q- n) o
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) z* p6 o7 c3 Q$ N
15.     {
      l7 p7 X: o' G1 Z& T: q9 @$ m
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" \
   5 Z4 n8 y2 O+ b/ R
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   * I% _7 D- P  }4 Y4 u$ C
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / K) t# s$ P+ Z, \0 a9 a0 T( Q5 a% P
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   9 m7 m/ k% J3 h' K
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    # c' }! n, G- o  B8 C/ V
11.         printf("sending boundary\n");
    % E; P* e6 G: h
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>

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。

; x7 h' {# U8 ?# b! w' \. E  V

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
$ m' M- a1 _: }0 V3 d* s

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   9 l6 P. D1 D* @- y# r6 ]/ ]
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   0 [' A- A% B8 C- j* G6 E- M
7.         return -1;
   & K# t7 y2 K  F! @" ^* Z: X
8.     }
   6 |; L0 m- `& s
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    2 U- U& q9 g* x% t8 H+ N% a4 M" j
11.     addr->sin_port = htons(port);
    * N* V! _5 R0 N) C! q/ v8 i
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 h: U( l: z* D, [! r' k0 }
13.     return 0;
      p8 n* t! t" L# z' z% G  v
14. }

复制代码

; u" [, Q8 y2 z5 S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：

% u! C; _+ |' P# Z

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   4 }/ r$ E2 T) ~3 h/ X6 A4 x, L
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 {2 r" h5 j- J4 d- F( A! C
6. {
   . c. p, r% S$ l$ @' W$ [. T
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   $ Y: Q6 w7 l$ M* ]& I
9. }
   
10. else
    " `" O$ Z5 D$ H  ~
11. {
    
12. picture.length = fend;
    7 r4 j9 q# a! ~" e/ K! x7 q+ i# O, l
13. picture.fin = 1;
    $ J! H1 l0 w( T: i# N8 |
14. }
    0 W/ X* ^- J0 G/ e8 e6 M: M+ ^; R
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 V, u. `3 _& i" n% {
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( u+ f0 p& k- X* |/ y/ g  Z
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    # H- H3 t6 Y; _! h& Y) k3 ]( C
21. }
    
22. else
    : ]! Q6 W1 w& \( |/ v
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

, @) q) o1 x9 c) u* T# a' L  G

$ c) @: F7 ~2 N$ SiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html