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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) U3 k1 F8 }7 R/ W2 q
% w% b9 X) S  T% G; 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
# U% b2 q/ `0 V

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。

8 J7 T, J$ R5 g3 H6 p- ]: j

  F1 l, l  X9 `& ^9 a! s

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。

  
  8 O0 M( Z8 k" Q: 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。

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)
   ( N/ \) C' ~+ P/ _+ U
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   5 a# u" ?  c# F7 _( B8 W3 h6 V
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   0 S' v, N8 k$ G; B! B: r" ?
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   7 [" T. b4 y0 F$ d6 z, e0 K
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    & y+ d- m+ m4 l. {$ U4 o* W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    # n9 N2 G  d- ^7 h3 k
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    - }; n7 m& P! M
18.         printf("setsockopt error\n");
    ) }& J/ y; M) e! i& r) ~9 P
19.     }
    ) t  `  C7 V; `# x1 D8 {! n
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    4 O  I- r8 t7 |$ d
22.     {
    . x! y9 W: K4 C* D3 y0 x
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' `' T" D$ s% p2 d: I& ]; V/ M
24.             return -1;
    
25.     }
    2 H2 Z, ~$ U7 ^" c: f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    ; r" y) f5 p: Q7 c7 O) g  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)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   - B2 o/ @* Z% E0 E
6. {
   . s+ [4 x( S1 j# E$ b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   * r& a" s+ c) y- N! O
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * L, N# C5 A) J
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # L  D7 u& P: B( e: {: P
11. }
    
12. 。。。
    , Y! ]0 w% B* E
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);
   & I+ d. {  s' d% ~! q- y5 l+ V
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
     l$ A% H2 m, I0 C8 g0 b2 Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   8 r  s. k( x) b7 U
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;
   , ^0 \! j+ P2 V: b5 j+ ^9 N5 _, w) A
2. pthread_cond_t pct;
   ! M" S9 `7 p0 j. [6 r5 k# c3 m, K
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   " H4 k" x+ }) D- x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( P7 `2 u% ?% g; W2 }- E
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; d8 u  r; K9 x+ s( |' M
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);
   / b, C4 R% r+ t: b$ c; d
10. ...
    : h  E& C0 O4 m# C* \/ z7 [% [* `. z
11.     while(1)
    8 o( \0 o/ R" a
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 c; m) j4 E2 s( h; o) q$ [+ L
14. ...
    
15.     }
    - ^9 P; p. U# c! C7 T
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   5 Y; S) B& w/ l9 K7 Z5 _1 J
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" \
   ; O; I+ G( [- g! @5 O
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   2 Z" ~% [) Z' ]7 ~
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   9 Y4 T/ i! F; u  ~; [
7.     printf("preparing header\n");
   / Y/ f) |! Z0 [9 b/ e
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    . X. _+ }) e/ Z/ Q- ~- i; Z8 K
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)
    8 M6 [6 w1 V: M3 O& T! D' L
15.     {
    $ N4 b; K. D1 D4 A1 P
16.         free(frame);
    6 B2 Z. P. k$ t' S! i+ x/ ]' M
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   - D1 J2 J# ^- l1 I, a
8.         printf("sending frame\n");
   ' k! g) w1 v! }6 L% V; g/ q: ]
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ) K; o9 g% {4 H* }9 Y# N
10.             break;
    ' [, f: |4 u4 H8 {) X
11.         printf("sending boundary\n");
      ~& T' C9 ]* C" H" J
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    * Y/ _& B; i- [# Q, ~# N4 i! D6 G
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。

" |1 \$ K# H. D: |

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
+ L" f. p7 U5 D/ O

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   * n2 n- H  Z1 |+ b9 f9 A
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   " i" Y, w* l7 v& N/ V/ s5 u5 X  v
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + \, ^( V  t% I* }, j1 o
7.         return -1;
   
8.     }
   - @- q6 `. s! W2 D
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    3 l4 Y/ _* M" a
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    - Z9 L# P7 P' c  U: e" ]" h% M
13.     return 0;
    ) {! P9 z7 f4 z; R$ C" z
14. }

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* \1 v8 c" z, B: r- ^: l! B
- Z/ [8 Y7 R$ p. g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 W& b( R& o  i; w5 m
! ~3 }5 n, F2 [: |

1. while(fend > 0)
   9 T7 N9 P# \; S9 I! l: g
2. {
   3 T# _) ]  s5 P# t  Q2 G3 P& i
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   4 C/ I) s) B3 l! Z: {
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   # r7 n. P, l2 i8 j4 z4 D
6. {
   # Y$ E& w  d; Z4 R6 A/ f" Y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ! S1 \8 Z/ e3 d1 q
9. }
   , z0 r- N" Z% ]; s4 y9 e
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    * P% [* V  t5 i: D
13. picture.fin = 1;
    & }6 D! d& C. p/ k" J2 S$ y
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    + U9 s& B  Y, r& Q, v0 D
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - ~) \( P7 X% P
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    9 D& Y1 a0 ?7 l
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 A5 l/ y, g% _. x
25. }
    / ^1 G1 M* D1 j$ J& `
26. }

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/ q7 j6 q  [5 T. I( i
& n. y8 N2 e1 ?3 ^/ giMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html