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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: H; A) v8 M4 g3 A* e/ ~! A

6 h+ B5 Y' k4 y2 P% v& V  I- T/ y

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
  s0 f. q- p8 B/ m3 m

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。

% d4 G& t7 e# q  }$ a4 Y5 e" 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。

  
  : X/ S7 I5 n0 z

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。

" m! E  v( ~% G: }* j- I) [# E, W一、HTTP网页服务器
% H2 A& p, M+ B( l4 R

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;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 V- Y6 I+ O* E$ ~. z- U9 @7 o8 p
9.     int ret;
   ! C) l$ f1 Y4 O# [! t' I& L+ n
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    5 y; p( ^( C! Q) ]) [8 v
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    * M. c! S4 |8 T& h, r
15.     int on = 1;
    " o. q" D- T' _4 k% _( w" \
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
      [' b/ H4 b& O# o
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . }  s( k4 q. |7 P: \1 o% Z1 B1 z: `* h
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % `. n) U* \6 c- n3 g* f  z. S6 N
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    7 E1 E0 l3 ~( w* q4 X- C5 I
27.     {
    9 L7 x/ o1 p4 }" H" S% j
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 v$ `; O8 {* W% a& b
30.     }
    ; y" U/ ^! x! {4 M& c, b
31.     return 0;
    * G1 d0 }; F' O0 ], z7 y
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)
   . F! L2 O1 N. M- C. ^
3. {
   
4. 。。。
   2 e0 a5 B; O* n
5. while(1)
   4 h+ I: {# |' V. q2 ?0 N5 C
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; }$ n! C( [3 R7 d: u/ H2 F
11. }
    
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
     [5 `$ `. Q% x# I6 t6 S. m
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* y3 s8 {- A% g# C( N( _
2. pthread_cond_t pct;
   1 ?, j8 l$ R) {& E
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 ]) x9 D. C) x* G  J" f( C% u
4. {
   . a2 _" V; f1 L! x* u7 d, S
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   4 C0 }: y. d) Z
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   3 W5 f' k- R5 n- [1 V. g7 e: e
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   $ B: o/ \7 k* L: H1 N  X: b
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   1 H8 T( w5 W' i, {
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    1 {' F1 F$ `% f7 M
15.     }
    
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;">
   , T7 V) D7 ?8 S+ q
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" \
   ; P2 ^1 x- {; B% J( B* Z, p
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 H: v. I3 h9 s
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , Y) B  k& K- ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   : i( I6 O8 f) D
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 \6 Y6 Q  M: D
7.     printf("preparing header\n");
   ! W9 G, N7 {# [6 u) [8 s; D
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    # W, i0 _$ x+ [% w% F0 r( t
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    + }- D% l1 a$ |# }% Y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ N% s9 X, _' ^/ E% P+ b8 a+ O6 X2 l8 r
15.     {
      D% e, B& ~8 A! Z9 p$ n" K  `/ X- B' r
16.         free(frame);
    * K# w6 i7 w$ |, T# t0 v2 N9 G
17.         return;
    3 F4 n4 o8 M* G' e( j: E. _+ 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" \
   ! K* X) @; y: k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   + j, I7 [! l$ Y3 {. f
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * U) M2 Y! C3 e) }, ?2 [
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( p- |6 T0 U7 r) \/ V8 R. S) g0 W
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * H# x* D) E/ Q7 r9 `
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , ~# k' K, R' a
10.             break;
    / w5 ^* R  h) _& z8 ~; Z
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    % m: b9 g$ g0 j% r6 S/ _
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。

- a7 r7 ]* N, K7 A: h$ m! e0 C& ]) X* b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. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   & t% `  J/ H; a8 m- G! y
7.         return -1;
   
8.     }
   3 l# `0 B) Y) a$ O" `
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   / J: ^' a  m% o/ _6 `7 R6 T* t5 F
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . A% W8 r  }0 m% c
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

: ^  i* M4 D- I7 F  \2 F9 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：
7 q2 T0 n* Q* j$ m: W: _! h$ P" X

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' D5 \4 |& Z& B+ T9 K% [
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ! V& E+ _" R% ~2 e$ f
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! p. w- H# k' R* p, ^) V# d5 Q
6. {
   8 J* |  v& a4 p/ P: w
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   + c9 N7 P$ `( W2 i8 G
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   $ C! z, d( `5 B  q* n/ |% C& @9 {" R
10. else
    ; s9 X0 b: [5 E. C0 ^4 U
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + O- v5 [$ x+ q6 C
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ; |. u' Q7 d- |4 \/ R- r* E. P* n
18. {
    ( m. b2 B# W6 v$ G  }
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    . ?  m/ @/ b9 n/ \( l- {) v- G3 |5 j
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    4 z) I; y( M1 \& i7 z- J4 D
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 d* k$ `6 l2 w* ?
25. }
    - t# F( |: @( K: V" d1 }3 c
26. }

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9 v" G: h; i; N: F8 b2 P2 z' |
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html