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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$ Q( ~0 O3 b* z( q+ z. }' H/ K% w8 j6 }
% P3 E  k- c4 E5 g2 k: V

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
/ n% d2 l/ S% k) A) z  c

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。

& S/ `3 q% Y) s$ g0 t/ x

5 p! H" U* }* C' f9 ?  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。

  
  & {% k! b. ~6 W" E3 K7 C" ?* m2 [

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。

( Z! k( G) V' Z3 A一、HTTP网页服务器
/ {: Q8 f/ G! o* x9 j3 l! F) d

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)
   / Q1 i8 |. k: ?3 \* ]& ~' x  y" ]
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 ^* \/ Y6 P; Z" t, p) Z1 u) _
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   6 b8 d5 P- e+ \( A; c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   * b6 T9 Q( B; J5 a* s
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 i* h. N+ m% J4 [
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    3 z4 X! O! l$ \7 ?* L9 S. D
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    , v2 B5 i- g. ?( t
14.         }
    
15.     int on = 1;
    $ A  B2 L" m; y- P/ W! F% N
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( @; {; E3 u# R3 h
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    * V6 q  m2 O8 ]% z. d" k
21.     if(ret == -1)
    4 x6 k1 I( @$ F" Z3 R
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    + Y* Q) m, @7 i) l
24.             return -1;
    9 X. N* e2 Q6 I6 J# @* {/ z
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; B0 r5 b: A' _1 W
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    , i# K% n2 ?6 l) T' T8 U$ n, a
29.             return -1;
    2 c0 R( \0 f* u* |, J
30.     }
    
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)
     m( P7 s% z0 l6 s& ~. k! k( [( l4 r
3. {
   9 d6 o! l! U& D. G( a# u$ ?( q
4. 。。。
   ) w1 j) T! n( P6 p8 X8 z) y
5. while(1)
     H1 k" S! h5 k6 i/ F
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 E! q9 q; J$ ^- J& E$ @
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    / I" q. s7 e( _! {- _# ]3 p
11. }
    
12. 。。。
    $ ^- I3 M: a: ^# T4 I" ?- x
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);
   1 Q7 d6 B& Y, b; K9 p6 A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   : c3 N2 W9 O% f$ B5 w
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   6 ]. r' k; d/ a; ^. P6 K" z& N1 S
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;
   8 o" _" d+ y+ K( l, V6 C- r% k; |
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   & \7 ]( \! f$ r3 J% D
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / d; v7 }2 W5 u  d
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; c& T. h7 X4 o' q# D5 r; M* a
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)
      Y0 Q7 I: U) O. u1 @' ~
12.     {
    : y0 ?4 v( j, l+ w/ R6 m- J, G
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " K& N6 I' r& A9 Z$ B
14. ...
    6 g7 U9 f2 q8 u. w0 `
15.     }
    4 p5 y& ?7 `7 T$ z. O, x  ^
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" \
   - I3 p/ L, x: B
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" \
   
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");
   5 P) `5 a8 L! u: d/ x
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   5 U  a+ r9 n' H  a  g# x) @
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - n, [& _  z* a0 m: ~. C* e; O
10.             STD_HEADER \
    & ~$ J. X) C$ A: i$ [  s$ [, R
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    7 ?0 O' d% a8 l/ o* m9 l
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 r7 ~8 j0 L) C
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( b* h2 u3 v' Z  }& I, g  v
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' S/ Z4 a! T5 u( B, X
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % d) t4 J0 s9 c  w3 U
10.             break;
    5 _+ l' e. Q. h, r4 I5 m% P
11.         printf("sending boundary\n");
    ) A6 y- i& q* w( N% O
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   2 r5 Y/ S6 z# A  ^4 F
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;
   + p3 V4 j9 Q% e7 y* W
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
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;
    
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：

9 R, W; K9 c" ]/ P9 H- b2 t5 s0 V. O

1. while(fend > 0)
   8 F4 K4 u+ X8 a* M
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   - G" O6 |* Y. S9 x0 V% G
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   . X6 f3 o9 F# U6 x& a
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    * o2 ?  e2 W3 p8 S
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    5 `: d( `; I) x/ i/ Y
14. }
    ( f- a2 P8 Y% ^* w8 h
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    # x- |" {* ^0 U6 d0 e9 B) |/ @$ y
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    & R% x8 [' o9 V) o8 F2 o8 }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    % R# z: d' m1 [
21. }
    ! e+ O/ M7 Q; |) R
22. else
    
23. {
    , m) f" i8 e! e6 z, Z& N/ g  ?0 ?
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , g7 g( G( ]. H) E2 e0 u
25. }
    
26. }

复制代码

- _9 h( H6 p- w$ O
# j7 S0 y  k/ q" k* I" t5 k

, q0 z8 s$ G8 i1 U' CiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html