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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: X( @5 m5 t& a* _9 ~
& b8 l/ p& s$ Z, |' h! z# v

" R4 |3 l5 A9 o; q% ]

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
8 y/ J- B4 M" k) [5 {2 n

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 ~# L& W2 w) H% x9 |7 }

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。

  
  6 B6 F9 D3 t7 H+ e/ _/ B6 M# U

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。

; r1 c8 c9 F) S' p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;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   / s9 G  W# z/ a4 C- n$ y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   0 r: c4 f0 b$ i: ^/ v
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # {5 n. b2 {0 L% w" ]' _
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 }: Z! }$ ~5 }8 T9 A. S# v
11.         {
    . l; B3 {, R2 T  E
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    % Q1 P" [" i1 G# e2 ^4 s
13.             return -1;
    ; [" h: Q6 N2 O8 w, x0 J
14.         }
    2 T0 I0 N% [; d5 q
15.     int on = 1;
    - e# ~: ^3 G; p3 a+ w
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    % Z: h1 ?: J* }2 h; V9 C+ X
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    " C4 U' I& i( L+ \5 ]& e5 I) |1 o& a
21.     if(ret == -1)
    $ l% p. O: V4 V  f6 ^
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ' v9 f+ U# d; L: o
24.             return -1;
    8 t  _7 I$ n: _& p, J# Q
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    * }( E- I( _7 r$ x7 o; p
27.     {
    6 Z$ o* Y" ]0 A: L9 T& J  G
28.             printf("Listen failed!\n");
    / j/ x+ M9 {0 m+ T
29.             return -1;
    
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)
   
3. {
   - }  s, d/ p! K) ~6 \  `; M
4. 。。。
   6 X, k0 B0 k) S0 ^0 F
5. while(1)
   9 _4 U# w3 i- s8 k: o+ M6 ~
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   % N. Q! D& U* p4 v, e- O3 q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ! E6 p! E+ }; X8 f
12. 。。。
    + H0 Y9 N/ A  P. ~* |+ A
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);
   : _3 A% Z0 u- T! F7 j
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 g. b- f4 {; r" y1 ^4 Q
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   6 k4 q# Y* R( j, H6 Z1 z* Q
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ) U% |) {" \. O2 ^7 S
4. {
   
5. ...
   & N. K% i) r2 ^5 g" w  T
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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);
   . [  L2 F( G3 N- {6 A5 n" h! i
10. ...
    
11.     while(1)
    ) A- [- y. G3 L+ t3 ]. k& s% u
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 Y" [+ x5 ~! w; y# A! [
15.     }
    6 \% S" Q2 G; e: |& u
16. ...
    : D% S( {4 \  t8 f! 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;">
   5 P/ \5 G4 \1 F% I9 Q# G6 G
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" \
   . J) G3 Y- t: ~2 y- 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" \
   4 C0 M, S6 h/ `8 G
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - `7 Z3 D0 a2 I) o3 J# p0 o/ E
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   # v: _4 g# x0 q# U% u  b5 j5 ]- |/ ^) @
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   / f# h% A' r; t' j2 U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; S' Q8 n1 w, W+ ]
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    , L& ^# `! X- q5 ~
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 M( S: n$ m" E) s3 v& g( w4 K
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 E, i- j: o2 s/ s9 L3 E6 U
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    & y7 v/ e9 L+ {; H
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" \
   ! m+ }/ _( {' I: h5 g+ F# X) I
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     ?1 Z9 U4 d5 Y( A/ K
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   0 ^/ n- X% k/ g# e/ A
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   / ^! J! x. D4 t1 G# [1 }( p
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   " ]( O! `. e4 k$ `
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - s+ X/ v' x: i& k7 r, h8 Z" B
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    . B7 P0 y- ^/ g' ?2 Z* L' q6 {
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    9 W2 s& @$ t7 g" ^. i
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。

$ P" j" a8 g+ E+ K5 {3 f

, S0 y1 Z- D3 _/ U% a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))
   8 G+ \2 E+ M! O" N! x% ]* u3 ]! `% N
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
     T) l8 Y7 B) V7 [  a& B. [
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ; m7 A" N8 u0 l7 |% Q
11.     addr->sin_port = htons(port);
    5 o% [/ X) X8 Y5 P6 r* k
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " s1 x7 X! Z; U# v& M
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：


: {# d9 m0 i1 j5 F% f6 R  N

1. while(fend > 0)
   
2. {
   5 r: \, J4 M9 `' H/ @$ x* x$ z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   0 a- h6 g8 e9 K7 E9 q4 v) H; A* Y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) P' _, k' f% n; z  l' V$ d
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ! U5 I+ M$ \7 Q# m0 n" w! [
6. {
   ( S! N8 E' e( z8 s* y9 W- o
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   * I- F; o* E! U& g( O; v( y
9. }
   * S$ L% {" n% n, K5 j6 W' I9 l
10. else
    # g3 N# {( U/ g  }1 [6 X2 Z' L1 W
11. {
    : j7 {8 E2 J" T: m- f1 `! u/ c
12. picture.length = fend;
    . Z6 q% {' i! [
13. picture.fin = 1;
    2 V; s0 U- M0 u% z; G
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , z; U# K5 e* a$ u: J' @
17. if(sendbytes == -1)
    / b- ]& M0 p/ H: h9 f2 g
18. {
    3 t% ?; Z. w, f/ @4 Q7 B
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ) s/ \0 |4 f8 d0 R- x# R- y2 L# Z( v
21. }
    
22. else
    & W, a. i: {& n$ h0 [; E/ J
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

' j  o+ w2 J; O
* {6 _' [! w/ _- z! |' V

! t. j) I, D) s+ k; D2 [0 ciMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html