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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/ P4 ?8 I( u" K, E6 ^1 O

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
4 B3 h$ S! x3 U4 Q/ B; h
5 Y) T* q2 b# j* [

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。

0 t7 q: ?1 J: H9 ~% \; r# E

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。

  
  % E( b/ {4 u8 l# Q  E% k0 F

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。

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. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   $ I, [/ Q/ j% \
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   9 G# u, g6 Q) G/ Q0 A8 w; V, R
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    + u1 @/ k0 e5 L( F, d+ Y
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) d' n/ y+ {! @1 n
13.             return -1;
    
14.         }
    , [0 {9 d% k. O) g6 g
15.     int on = 1;
    4 F: e: P6 R9 W
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    ' a% j: N: e8 Y( R3 x
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    2 T% M8 e5 S8 v: q4 H3 g# f% j. D
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ) T, h% g- D; L3 O$ y7 g
21.     if(ret == -1)
    - M6 r* y/ h. F. B- L  @% D
22.     {
    8 i& V# r( a6 ]4 `. f. T
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : `# J/ o* X+ ?! G+ B$ Z* {, |
27.     {
    % r6 a2 {8 ~, t* G( ?
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    + k9 t8 r! P' G1 K7 o; t
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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   % i/ V$ a& y/ i. {' Y; O- X/ w) @7 y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . B- f+ p) R' |1 p6 `. L
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' ^- b" C0 J+ I; i  Q9 R. }* G4 L
9.     。。。
   & t4 W0 y: c  e$ D5 M% }; Y) g
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    " P6 K$ Y+ l* D- U5 e
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);
   ' B$ x- P% }$ Q
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   " ^1 U5 l0 `" s8 E2 K" |9 @! q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   9 V: t2 l9 M6 G$ r6 S8 b
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   & }: g% O- B0 N
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   ; H( [2 R3 s# ?) }4 B3 g
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    3 d. L$ I5 C& x: q0 O
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    3 l. h5 T6 H* u# V( U; ?
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    8 U" c; \# v, K# b% O, A9 i
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;">
   + ]% m2 h5 k$ ?+ H2 [; C( @
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" \
   $ L6 t# a3 z# H
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" \
     ?/ W+ l8 V, u8 Z: x/ K8 E, Q
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   $ [5 r# F2 E6 D+ |& i4 m
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! y+ h) U4 d) A) v4 B
7.     printf("preparing header\n");
   " ^4 n1 r) i( s7 f  Q7 A
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 U; O6 V  o5 S$ L, u
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    6 C- _- G, y0 j3 g0 s
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ' X4 k3 n. }8 ~' A7 o
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    $ [$ M$ M& G7 T, p6 L4 [. l
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ; }9 V4 ^7 r( K; A6 V  u
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" \
   ' o( @0 C$ R* A6 R( v; F6 d. E
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   7 v- n& [% i6 }7 G
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)
   . Z+ C7 Z6 Z+ h: l  O8 y$ y) _4 A
7.             break;
   $ x) p; l. v+ |8 J9 z' \
8.         printf("sending frame\n");
   5 v6 Y: L: ]/ ]/ b% j* o5 i
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
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。

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% S. U- O: @6 a. n+ c9 }

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   + M" `; Z! g. `
2. {
     Z: w- _! B4 n4 L# @% Z
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;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % T' T2 \1 `* u9 l
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    4 ?" @9 G0 c) {. A: s5 Q; P7 q
14. }

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( M* g2 ^/ x# W7 K5 N
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 p2 z  _) `1 i; q9 [3 U
! g2 v# W; O- b5 V+ n! k" y) u. a
7 s  H4 M; k* e; B3 c9 t* `

1. while(fend > 0)
   9 `% {; B1 q6 i& R$ \
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
     X, \: @% L) j! z9 |. N! p& N
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   5 }3 G* T- a, n4 U5 [
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   + [$ K- a. D/ L! ]1 u8 s$ O$ c7 o
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   6 H+ U0 `0 s  W+ @, I
8. picture.fin = 0;
   0 z$ F0 n: y) u- W" ?2 Q0 g0 A  ^
9. }
     n& f" s( S6 T) |
10. else
    5 M+ f% T- ?- Q6 A& i
11. {
    8 h: a6 i+ Q+ ^$ \2 y4 N
12. picture.length = fend;
    - S0 F) F  _- U- q
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    1 f% s7 {4 p, N7 g
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)
    " {  U) T2 M/ n
18. {
    0 p( r3 V9 c6 Z& s% t6 Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    0 a+ G5 Q/ j$ h& {; S
21. }
    $ `  Z, S+ X) t- n7 d* J* w: x) D
22. else
    , h) ^% W- h& q5 T) ~
23. {
    % I% m6 X- [* ^# R1 o
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

9 }# `% x) ~- u
4 x* s! r' Z8 L' B8 D3 S

' r+ d- @$ l& t5 _# P
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html