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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" W( D! r0 ^! n9 r; B) s; b: G- i
! X( n% S+ l. @

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

9 z0 G& D4 \5 d

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。

( P6 b, z8 o) ~. z( W5 i

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。

  
    R0 q, X% \8 U% O  b' S, A

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 O! R% L1 C- u; I) v* H0 a( w一、HTTP网页服务器
, I' o) t. M4 I' \* Q

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);
   & R! L' Y& J0 y" v6 ^; B
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ' V1 f, F+ l& f' n* m
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 Z" x" I0 ]' |* u; Y
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   " c* f2 M, `% z/ e. n
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    2 g# _. c$ h+ m* o' B, l7 ~- ^8 ?
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    , G6 r4 [5 a  F; h, @$ p9 ^
14.         }
    ( i" Q2 b; V0 O7 a
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 X$ _- g5 ~1 O4 S- B4 d9 R" B" t
17.     {
    & L- E4 i2 M. {+ Z* _0 k) C& u1 t
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # i8 X2 J7 ~9 E/ o" c  m
21.     if(ret == -1)
    9 x$ v' [; o3 H7 g* Y7 `: L
22.     {
    ' x. P/ D! k* K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : G4 L4 S' @0 P
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    # Y) I) A' I- J9 i
30.     }
    3 U5 i; T$ o6 c. J  V4 U
31.     return 0;
    2 I# }6 u1 n5 m+ o$ C% a
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);
   4 [. D$ g6 T" K  h
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
     {8 G' |/ i! e1 ]7 i6 x
4. 。。。
   . }+ R" j# O8 f- Y
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : D9 k, u* K( c; W3 R" k
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   / H! q+ h! ?* j6 x+ {, V
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 s4 p6 v7 {7 P4 x4 }8 O
11. }
    
12. 。。。
    ; d& e) y: f( a$ f  r  W
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);
   3 S! F0 `9 C* D( r. @
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;
   / K4 [8 h7 z: t  b; |, D2 [" S0 L
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ( a- V" o$ C/ C# M* q% }
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   7 r5 j. g8 P) s# ^! [' S) F
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);
     E' ?1 @) Z6 z. G  w; }/ q
10. ...
      u6 ]4 e" P1 I4 P6 E
11.     while(1)
    $ A. e& K) J% b/ n4 `
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    - G$ @8 e: j" s6 |  h+ _
14. ...
    ) Y' b+ a! Z" ^# f  ^
15.     }
    
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;">
   : ?" `- q8 v- o6 v+ v
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" \
   & L/ o, m! \7 J7 v& L% t
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   3 ]9 T' c9 X% n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   # y! D# z! S' D  q# R+ L. S
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ( ]  T) d6 C7 p  d3 ?. C0 R5 n; y3 p
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ) X$ \$ B7 J5 I' B( G( E; m! C
7.     printf("preparing header\n");
   ( Y! D% U2 @0 D6 h5 Q2 A4 j
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   5 D% @" n0 O" w5 I
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ; U: B4 q: f  Q9 d5 U
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    * \: \9 c6 q; G5 F  C& J! ?5 L
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + X) o* O9 O1 `" }! J$ m
15.     {
    : g* H2 i# {( N0 k
16.         free(frame);
    5 E* K9 Q) W; `- Z  ?* `
17.         return;
    / v7 h! B% p3 t$ H
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" \
   - e1 }0 G9 z0 D3 H% G
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   4 f2 p4 k( y% s: E3 l
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 u, y3 K  Y7 i9 d$ D, r: r. T
10.             break;
    
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。

2 I/ S7 U) W1 y$ F+ Q$ Y

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)
   8 a+ {$ N2 Y6 ~: H' [1 ~6 \2 f" k
2. {
   
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;
   0 B) O+ k6 c2 \0 X
8.     }
   & h+ f2 `4 g, ^% o8 ?  }7 w; g
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) C# X+ F- l- p; ~, j* F3 ~6 J
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ( g! x1 S( t1 Z
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：

, b8 z- f0 G! I4 I' \3 O
) J% f. u) h) N1 H

1. while(fend > 0)
   5 w$ y4 _; r2 r) B; O% m  p# k
2. {
   0 w  {* W) A/ i. B. w- q  ^1 c; }2 q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 h" w0 n' @) a
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - ^$ d$ Q' Y. t: A! F9 i" g
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   " K1 I) V" T4 I
10. else
    
11. {
    + x) N- q. D, a7 ?- e$ w& ]  Z
12. picture.length = fend;
    - `( b- @& q: u
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    # k0 @7 B4 r; a; X, i
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    : P( j+ m' k# N$ m1 D% _4 G
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    % w; g9 c' }8 e8 o
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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7 x1 N! \) l4 L$ |

- G. G  t1 M" O- g% q
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html