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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' L8 G0 W6 h& @- }2 b; i3 z( b! X9 d- C

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
! S3 @+ v+ D+ \& {) r# I
. t8 J3 M) H/ @# O4 X( E

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。

% v3 \& ^- Y+ K0 ^+ g2 S5 V7 l

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。

  
  ; A$ D+ a( s7 d; _

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。

. b1 X0 X, l* X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)
   8 g9 }$ C8 J4 U
2. {
   $ J& P6 R/ f1 s, n
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   0 l5 x# p0 x2 L7 N  q) Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   & F1 R* D: S$ I( B3 r
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! y$ F4 @6 c; X( X; t! N% x0 L9 s
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
     r* S% Q  {4 ^  A  \0 i+ M8 R& y
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ) q* s: y7 D" t0 ~$ C9 d6 w
13.             return -1;
    # _; u4 @/ j" h. m5 C6 f
14.         }
    - U5 E: s  G6 a1 [
15.     int on = 1;
    5 k# M7 Z4 c: E6 m" k
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    ' N4 B) F+ T, p% F$ U
19.     }
    * i. m  ~2 C) R( p! u9 ]4 T
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    6 J" @" @# j3 ?+ a
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    , x% H0 r$ X% |+ l  j+ d# e
30.     }
    , y# X8 u' \- G# @  I  }
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);
   1 ^, m9 g0 r! j. l7 i2 \, n, C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ) T; j) ^# [) X
4. 。。。
   . V" \# h4 m1 h5 n6 c& l
5. while(1)
   
6. {
   4 l, {1 a: \" B/ N: |3 v
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);
    
11. }
    ( c: [3 K' K9 j. h9 ^- d7 u
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;
   $ I! N( K' w7 i
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ; k$ |! ~  G: P
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   + f+ A1 b4 Y$ Z* n& u' H
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;
   0 g* l5 u( @. p# }9 A: w
3. int main(int argc, char* argv[])
   ' F* j+ Q) R+ M. H% n
4. {
   / n* h4 y7 n" V; C, |- q
5. ...
   " S$ o; E$ P) @* r% x
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   4 S: e& ^& a2 i1 y0 j7 g
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);
   . k, Y0 V% t* @6 C- T* T$ |% f
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    0 {, u; o! \& {. Q
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
      b% o- _& E2 D6 O5 ]' V
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 p/ C2 [* l2 Z" 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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   " S5 u* i) B( d, K# ]; M5 I  U
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" \
   + Q4 M* s( e2 J( |. ^4 D
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 a' m  k5 P- [3 _, n2 ]
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ; H. `; E, m* i& x
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' _* ?* s- f, b2 P/ C6 }) c5 {
10.             STD_HEADER \
    
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)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    # U  r! P! r% N8 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" \
   ( u- ^8 L& n/ a$ @! H
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");
   $ }0 _. U+ b6 H2 O/ S8 m5 y
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   % {9 i: W! V0 k# r- \8 D
7.             break;
   3 u% O) A$ Q' m5 x, G6 y/ {7 w
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    . q  C+ I* U/ c% t2 f2 _3 f
11.         printf("sending boundary\n");
      Y+ B: A& V1 E* j$ [( R+ [
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    : @, X! D# A5 @. C
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , |3 h8 F% e6 {& 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。

) f  q' I0 L8 m2 G2 f8 e5 {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)
     p3 S; D% V% L" M
2. {
   % E. p0 {% d9 e' \; i
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   $ O: g* ?' t1 h4 k5 c  g/ Q( |0 U
4.     if(*socket_found == (~0))
   - w1 v. n5 L5 X
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   5 C2 h$ P9 D  N- \# k
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   8 k2 w/ h. G3 \9 ]! V" n4 l  C
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    . E% r) E1 n% }3 T+ p( k$ q7 _* T
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    0 Y& s/ l. Q) }6 E3 F3 v) W) [
13.     return 0;
    
14. }

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3 x& ~% G7 t2 ?# t8 T
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 ~% P0 ~, _! r! e

1. while(fend > 0)
   $ e& X  b: ~: h# o
2. {
   5 r1 }* ~- i& m7 w( \
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 ?9 X4 H. z1 }# l# V- j1 z
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ) ?) v( k& L7 U3 D
9. }
   : H# G! l: g4 Y4 [+ l
10. else
    ) n& u3 {2 R* Y
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
      o# d9 Y3 g4 \: {
14. }
    5 }$ U% I7 Y7 b. o
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    : O- t0 C& |' D; C0 A6 q
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    0 Y5 a8 [, V* I4 y0 Y
20. return -1;
    ) j1 y' `. S9 A( i+ V4 C9 y
21. }
    ' F, e0 n  N7 `# ~7 W. q
22. else
    / S" l$ q2 s. N* ]* `
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    9 ^4 f1 U) \5 y  [$ b1 s. U
25. }
    
26. }

复制代码

+ r7 A: P  [- a0 b6 ~iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html