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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$ I( d) m- G1 E  J
# p2 E# w/ t# y1 i7 c$ v6 ~+ N, a' S

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
( c' ^/ r/ u! z6 l$ n1 k

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。

, G# f  _4 x0 v5 ?$ ~

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
  _+ F7 M  A0 P& _

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)
   5 b% L' s+ ]5 c, }1 f
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   * k& p$ v5 w! W! \# F. Z
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);
   4 H, k6 P+ ^" M- r; n0 ]) B; |
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' _  n3 _; N' Z2 Z- K6 ?
11.         {
    / f1 M' [  Y8 f  ]; r' l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 ^: Z9 L' q# m# G! E5 ~
13.             return -1;
    
14.         }
    ( I9 |$ Y, h/ ?6 ?' s
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ! q2 c3 a0 r  i7 a4 z7 X4 A3 F9 C
17.     {
    & ?, r' `/ W3 ]/ \% j- x
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    - D8 |6 {: q5 V: u/ ^6 f8 E7 c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 ~: K6 i/ v7 F, P% |
24.             return -1;
    
25.     }
    / y7 m6 `- ]& w1 k. ~
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    * [0 N& D+ Q, x* e
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);
   6 p3 c: D5 f3 [
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   % v9 G9 |4 D, B- z! f5 p' u( a
3. {
   
4. 。。。
   3 x7 H5 C" P) G
5. while(1)
   # N0 h; D2 _! J
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   8 |3 {- ~8 Y( V- U" p
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      X6 H5 d4 w8 `) ]" k) |0 m
11. }
    & \+ |1 z& Y, K# `& S+ [
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   6 Y/ t$ K! b  L, P/ K
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   , m3 n8 g& M) v. N) c
4. {
   1 E1 W4 b7 |& g$ W
5. ...
   $ h+ d) V8 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);
   # z( F3 `9 y; E" P- R  {+ Q
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   : U' b: T* e1 M3 J; |2 }6 ~
10. ...
    ; D( }" v  v  l% X
11.     while(1)
    9 j6 K7 I! a- x6 u' E( C$ ^9 M# ]
12.     {
    6 m1 S& I4 Z9 O8 K4 Z
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ; P8 L3 U$ v/ k
15.     }
    " i* ?" x9 c3 m# Y
16. ...
    9 y, P* g) X  r+ s3 G4 c
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;">
   ' \3 {& K- X' k$ ~; 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" \
   5 `* E8 D2 I! u2 @6 x& ]
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   $ g+ Q. q7 n5 W7 _% [$ v- [
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"
   9 ~2 ]# g& @2 b2 h5 a0 H
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ! C8 _9 O* g+ j
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & x" N. X# f( d5 _
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    0 b2 V* s4 @, u& ?4 h9 K' J, C' s
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " u8 p! I1 C. C  v; W
12.             "\r\n" \
    + [5 f( t  k& x) Z5 ~- ]% d# y
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " H$ b& W# P- M7 s7 |- K. P! E. j
15.     {
    * G; J/ I0 J* S5 A, f
16.         free(frame);
    * d+ w1 p5 o( A! G
17.         return;
    ' z3 l% ]& Q; ~5 F, B1 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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   # W5 x& c  _3 |' o
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   * R. D7 E( v& {$ t
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 l4 w3 _, s1 n  e
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   * h8 @" H" P5 s' n1 C
7.             break;
   0 \2 b6 \. R6 Z3 A( D' D1 m
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ( ~0 @; o* E4 `3 i6 V
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % p! h7 @5 P5 K* u/ i
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    , D: \5 N& H$ F' M
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：

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   & S/ F$ I8 l! g; Z) f; }& F
2. {
   2 }8 h- k$ d2 X0 x
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   - F+ J  l) l' \& o
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   - S5 c5 K2 G- Z2 @- F
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
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. }

复制代码

6 ~/ A6 Z0 H& G) K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：
8 s9 H5 i1 H1 d* B

, i7 u8 p; G) L

1. while(fend > 0)
   
2. {
   : C2 Y  D% j' O1 T! h! |# e% ]
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   & q" A) A, @. Y3 Q& V# G
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   & n3 r! K4 _) F  _# Z  K
6. {
   8 g! B) X& N& T+ w
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 |9 S6 q% c: v- {* ?' F5 P5 ]
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   9 ^' P% y" }+ w/ R
10. else
    
11. {
    2 q6 P2 L% |. ]% W+ l
12. picture.length = fend;
    ! G" d% k8 I& j$ d9 X. }( F2 Q0 g( i
13. picture.fin = 1;
    " |4 P2 Y# I4 \9 E4 d4 F
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ( H" j' I& C* K4 B3 ~9 l8 m
17. if(sendbytes == -1)
    1 N2 ?% x, I7 w2 I0 P
18. {
    + m( ]! h: t: k& c1 v
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    1 z) i. W) H4 @% ^2 T
23. {
    - I/ u" p/ t6 z6 u* q7 z. P# s
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    " s' U9 ]/ s8 J$ Y
25. }
    
26. }

复制代码

  R3 h4 v: U* v  v% N6 N- }/ E
2 @% f1 b8 W9 e5 d: m: _iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html