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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9 B4 H( r. D% q7 i) Z1 C% ~
4 _: \7 X8 @2 o9 ~+ k. X( S+ B3 X

' n' v- g+ r% [

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
! p/ o/ D8 c/ A- V* T2 H
: E/ }) H5 V8 c5 o, X8 [

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 X+ n* m9 ^7 ?% M# M

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。

  
  

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
5 |9 S6 a% `4 o

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)
   9 t- d" H; {2 h/ y! y1 A5 ~0 O# q" C
2. {
   # I4 t9 X/ M  c$ h
3.     struct sockaddr_in servaddr;
     R0 T/ m0 X; p! q; o
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ Z  ~7 x0 Q3 H  d1 ^( j* L
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & }1 X8 Q$ t) P9 ^4 e8 J
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    4 Y3 N. N' H* Q! Y" j, @+ O
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ! [) H) L! a, u
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    : v; n7 K& G: P: X. p
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    & s; B/ B& e7 Y2 L! V
24.             return -1;
    
25.     }
    5 l/ S2 [6 T% \7 o4 M
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ) j1 a" G& {9 U9 o' R
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ! R# w. Y  m8 S; S* O% ]! i
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);
   ; t- P' ^7 o8 d- n: r
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , o. q& ]# X  C; z
3. {
   0 K2 p) h: Q& f. E
4. 。。。
   9 g% h$ F& H& @- X5 T/ `
5. while(1)
   / \5 A4 [! d3 L9 B" f% z" y4 K* u
6. {
   ; ]* l8 w3 z/ ?2 K& S4 R
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 S7 {( w. g7 y! K( v
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   2 b+ l7 j% s1 X; N; {6 d
9.     。。。
   ' M* h; K+ ]8 I( y
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    3 \4 h* C0 G: {
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;
   ; o9 l" F# g2 @7 ^
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - o* g2 q! L( d$ t! J, n2 V" M
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;
   8 X% c, v: M* b* a3 y' N! Q
2. pthread_cond_t pct;
   2 C* E9 a1 n' _  f1 M# X0 A
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 g  b3 \& R! S
4. {
   ' d& `: [' `1 A1 c  M$ O" [* R
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   3 Y, q$ A8 H: c/ |% q' c, k7 `0 E- S
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)
    ) [2 p* ^* @' `' p2 }' w4 @
12.     {
    ; V- p3 F! B, o; z. ~7 A6 H* H
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ( D% }+ A) a; F2 u* ]
14. ...
    9 B+ U, P( m0 A% \, H4 D- y
15.     }
    
16. ...
    * j% F# M  l0 Q/ V
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" \
   7 }6 H( a5 V+ `) [% e4 H
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   , ?6 I$ ^5 ?: l% v- a# A
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"
   / \! C' S; M' {; F' j; t1 p7 O  N
7.     printf("preparing header\n");
   - s0 q) y/ K' y8 m/ i
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   1 v3 f6 K' S" x7 R& O' e7 j* U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    5 E7 Y/ F' Z+ _7 ^
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    , s! Z& C; D# H* g
12.             "\r\n" \
    9 X, r) c. ?+ |/ W8 n
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    3 M" c  X, H1 v! v
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    % |' J; Z- I4 A" M2 x" U; I/ ?* B
16.         free(frame);
    5 A, A! V; N5 S( X: S
17.         return;
    # ~; w0 V' R+ ?2 I& N
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" \
   : ~' F$ T* m" C
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   5 w/ @5 R) K& T0 j8 X; {
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   % E2 _; ~8 V3 d7 Y# a9 g  e" E
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   . ~) L& a, u* i) H3 b( m
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " ^1 Q3 {4 R8 H8 x% q& `6 k
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ; Q4 S) c9 e4 s! j! `. u
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 k4 X% V9 R1 n. M; A! N
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：
# L7 }) _" \# d

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   9 W6 U. D4 ^3 h( R/ S+ L. ^" T
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   7 `4 r! X0 C( U$ M
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   # @* K+ k7 d  S: l2 Y
7.         return -1;
   2 D4 e7 Q* K3 I7 X( n, M
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   4 g' B  D& p4 w( v+ T
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：
( h( Z# e& ?/ L3 B
, \; k- A$ _1 M2 U
2 n6 c1 Y3 M- x

1. while(fend > 0)
   , }2 ~8 ?7 c: }! z7 F  @2 v
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 M4 N9 _' a, P0 I
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 f+ \$ ~7 s% x  b
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 E' V& L2 J  S# r0 O2 B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   0 s  V4 F8 o4 _5 F: x: {
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   $ y3 j. \" R! ?3 @3 i' M4 [' T! N
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # C' @; l3 X" f
13. picture.fin = 1;
    , E, _- L5 e1 s4 }- Y( I6 r& p
14. }
    : Z  ?; w! t7 J% {
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ' W7 `/ F2 C: m# k
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    + H) z" z$ L& z' C5 }
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) I+ O  ?: {/ G3 u2 ?+ J& k
20. return -1;
    
21. }
    8 h  M; r" b& A
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / o5 s8 o2 A3 z: s  i0 `! I/ `# n
25. }
    0 R- K0 a1 P- w
26. }

复制代码

# j6 G7 Q. D# u
+ ]4 i% k2 r2 y2 v/ C1 r) @

+ R  G" p! d* g/ F  |5 X& b. O
9 T% X# G: Y5 F  [+ M7 q8 R0 O4 M, WiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html