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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* v3 w2 a# n- M) T- m
# P  F3 c7 {6 B& S  n6 j9 ?% ?; z$ f- P1 g

' G, f% M- t: x3 X) j

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

! j& U7 H3 [# _! |: P

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。

2 o, {% \+ D( f8 V- h9 a

* X5 y  u5 e" X8 q: f

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。

  
  ! R' J8 K5 B. K6 `/ l1 q

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;
   & k% N8 m6 E  O( w, [  `6 w
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ {* N/ t4 O- C+ V. ^: F
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   * v& T' A' n% D" W) E7 N
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   : p  n3 D( G- [* i7 H* B1 j5 g
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : T5 n* D: R# }/ N
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    " [. J3 g. r- ~2 {# \
14.         }
    ; t+ `1 h+ R$ M4 `% }
15.     int on = 1;
    & I" s& I6 N+ o2 m/ R) n3 P
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ( Q# E) }( E, R" q% L" q  s  E
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ; c9 ]; }" {% f  k
19.     }
    2 |- s- b7 F" D1 v- N: l! e$ S
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 k1 I7 {& R: M+ A6 W9 h
21.     if(ret == -1)
    1 V# E8 N6 [2 n9 d/ Y
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 Z5 ^8 o6 \* q- `
24.             return -1;
    
25.     }
    + E/ K  r' ?$ `- Z
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    , J: |0 l, a' N; ?! z" q% i8 j
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    4 y! s% c; K  ^4 _
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);
   / H7 `1 M% q& k6 t7 I( Z4 J5 P7 }
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   7 a6 Z& U( O/ u3 f2 r0 Q" w% v7 l
3. {
   5 t8 s& L3 h1 ~( B2 w7 G
4. 。。。
   ( q* X8 G$ W/ w$ p
5. while(1)
   
6. {
   1 H( m4 Q1 H3 y( P
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * D7 `' a& a6 f# ]1 r
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ( [  _5 b6 }5 w5 a
11. }
    
12. 。。。
    7 U7 @, r! V) t
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);
   - o/ c% n6 p' r
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
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;
   ! i; e9 C) z4 O2 v% v+ Y( g
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   ( Z3 W6 S6 q5 _4 N1 o
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / C  M3 z7 P* ~$ S/ ~6 W9 c$ A
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);
   
10. ...
    ' N' v. Y  `+ {$ c1 |
11.     while(1)
    8 n5 ^, X3 L( R  U+ J4 A
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    ) h! m0 Y2 L9 [! e* h  K5 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;">
   % @( ]1 j% }0 F$ Y) 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" \
   4 Y7 z# e9 s3 h
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   : ]) h7 _: G, P4 E0 z4 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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   0 n) v- m: U0 V2 t. ?. h. `1 L; Y
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
     {1 ~* L( R+ X* u2 @% {% e) Z( @
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * O! A& g3 L! |  E( g+ ^
12.             "\r\n" \
    8 b- N! F+ L4 r
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
      b) o! f) F5 i9 {- m. \# `7 ^
17.         return;
    % G" h! C. l; A0 [- }1 X  Y+ R
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ) O) O' {* X+ t  O6 K6 K, W
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , u5 _: f% l; b' H  V8 L3 Z' g. f
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。

" }4 G% i2 o$ G: y' U

6 X2 r7 t' u" a+ @: {二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- f5 k) u" k* [8 {6 Z2 A8 {

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   1 t1 J3 G: ~+ z
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   4 }. d' N$ ?9 l2 h7 h; k; |/ d( w% c. g
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   . j  b7 N+ E! @
7.         return -1;
   ' B: C, D; ?) N0 r+ @
8.     }
   ( g- c+ E5 D9 p/ E7 [. {
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    + K) [2 w2 C; e+ M$ p
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 \' o% Q5 D5 Y1 s% s- h' Y
13.     return 0;
    
14. }

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8 N6 [, L5 W0 W( v) j- ?8 b7 P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：
4 Q* J) V6 n/ [9 o) s
( }/ U: v  b1 s9 {* i% ]. l0 k

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   . C* W4 p( l1 J. h+ ?) ^* t) b) @* H
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   " y( i6 \. t$ F. K( e( j, q
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - M9 Q1 X+ P" `+ O: h8 H% Y
6. {
   2 C  C$ g. v# D& ^
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   : ^2 `8 ^. ~$ _4 x7 m! `% ^) e
9. }
   
10. else
    ( P8 N, ?7 ], o1 h! H
11. {
    : h8 K8 t) t) M" S# k
12. picture.length = fend;
    ; `; X% @6 p! Z: }+ V" l4 g, k
13. picture.fin = 1;
    & @# M! n. w9 q% o
14. }
    ! g+ d5 B1 `- i8 n* f+ D/ j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : }0 t5 Y. _9 ^2 Y" C* {* ?
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    9 v) m% ^  t/ c
17. if(sendbytes == -1)
    / k( `5 X4 ^, ?' O5 H
18. {
    1 E: s3 D" G: W$ M" L' Z
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    4 t1 r' B* i1 P
20. return -1;
    ! S% C! ?3 X" ^3 T9 W5 {
21. }
    
22. else
    
23. {
    " f, _" X( q4 f
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    / A* z. x/ r8 l: d9 T/ Q" a1 \
26. }

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' E0 M" t/ \& P8 L& z# H

1 K% }" ?1 ~% `8 I6 a3 FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html