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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  b1 G7 F  R6 r' `
# `# @+ q2 _3 A- l6 _( X5 ^

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
$ V4 B0 ~( D; w) X0 [) T" v
) `0 U0 R" r2 `1 c# M6 o

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。

- J0 p( W) N- c& i5 N; 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。

  
  * D% p" o  G  t" @2 a1 G8 v- L

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
/ a5 c& Q" d7 x

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)
   & @! i* S# b7 y& {
2. {
   6 M* ]; S7 g: M* l2 a/ k
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , A- u$ u- h2 g1 {3 g  R
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ \- p2 D9 s; N4 V. o& \1 c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   # @. q: y, p) M
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
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);
    * M* I, e! c9 \  m7 V
13.             return -1;
    
14.         }
    9 k/ z: \2 y% q% x$ y1 {' K" L
15.     int on = 1;
    0 t! q: p! `/ K) _6 p7 q
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    " t3 s  Z: o, A
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    8 Y# y) X& t* S, x0 b1 a
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    + R0 B; p# K* v2 W- |6 J; ]
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . b. o  j. c7 m6 z3 x* v' o
24.             return -1;
    1 n8 x1 Y7 r6 I" d5 [
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ; ?  D' s+ r! A( K' `. P/ E
27.     {
    4 \6 U7 g" c' u* G# N$ {
28.             printf("Listen failed!\n");
    , c5 U+ K7 {* C
29.             return -1;
    
30.     }
    0 o' a- V) ]! ~1 V5 R! X! I
31.     return 0;
    , _2 Y) h& n7 b# s- B, c
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);
   " v  Q- T  Z; g# {2 [
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   " C4 b+ H7 W! j8 b0 l
3. {
   ; R, f7 ^  {7 U
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ; I( C) k; c; c9 M
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ' G6 a6 |9 Y: ?$ ]
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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;
   & s4 Q1 I5 e& l7 X. Q* a
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   6 e: @2 z6 |$ Y; o' t* h# j9 x
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   4 d+ g$ d9 B) g: W
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   : r3 T, C# M: n) o& s1 }7 Z
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[])
   
4. {
   % s; l' C5 I0 ?9 f& O
5. ...
   ) M( t- a3 t1 `, g( J$ ^
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ; @/ x0 M5 A7 X% B8 M
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   % c% b, v7 N. t1 I1 S) y0 G
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   3 E" _* I8 [; y9 |+ l7 D2 P
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   " b% `9 z$ H6 i, ?
10. ...
    / T% s9 Q+ M. F: q
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
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;">
   
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" \
   1 k$ o+ g% K4 r& V9 a( m
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ! E7 {1 ]7 m! {! K2 E
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , \1 Y8 e+ P' C  }! E: e
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   7 y+ I1 S) \* f: z4 r" v% A& u" f, H
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
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)
    , ?; p1 f2 H) ]  X# U' W
15.     {
    3 t+ Y; a+ \1 y! z- n# v4 [( m
16.         free(frame);
    3 Z5 ^  G* D' u8 w( O7 ~4 Z+ R
17.         return;
    + j! \, w, ^8 ?& 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);
   $ K! {9 |8 p+ I
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # [( u$ g/ |4 G# B8 R
7.             break;
   : T4 Q. `1 {; n6 j+ Z8 V, L& j
8.         printf("sending frame\n");
   ; Z" t' Z9 ^& C& N5 H/ N
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ! X# f2 ^" X3 e5 |" k/ c
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    2 y4 M+ P9 Q0 x$ ^9 `, e& a
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
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。

9 A1 e! W4 K' _4 O1 C( @$ l

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; h* N. p  F# D/ D# a

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);
   2 e0 ?$ l0 Z+ h
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   6 P4 I/ k* d- N! n' I* i4 j
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ( Q7 g4 ?& e* a3 K& x6 l8 x
7.         return -1;
   4 W; @( n0 b6 D1 f: c
8.     }
     ]; H4 r6 ~% [; u/ m
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   % |6 A5 Q% ?: s, C2 ^: G9 U
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    6 H& b2 @4 Q! W( k+ n7 h
11.     addr->sin_port = htons(port);
    & ]& a5 p- [1 X% S$ d2 M
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 w2 X# S3 m. e3 v: d' ?/ r
13.     return 0;
    # w# V' ]6 ^4 V# l! V0 w/ m5 m
14. }

复制代码

) b. S' @0 E: O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：


5 @8 @( j1 ?* f  _; i& R+ M- C

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ) B8 J( O; o4 M+ H
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ( G* ^& x4 `- q& @. Q, Y
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ) E5 V6 [. v( h( z6 ?" e8 }. Y8 ]
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ! u3 p* U7 z7 Q, z/ F
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    + W1 z2 e+ e8 K) I; k1 t& A) x
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % ~7 W* q7 _8 B! Z* i& v
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ( a+ m" d! [  w. _, V
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ' u, m8 c/ t/ n4 f) g+ f* M9 E
25. }
    6 b3 C0 c' l0 B! C
26. }

复制代码

6 t8 S! v9 O' C1 j7 ]
) H$ G2 G5 m; b9 q2 Z0 x! _5 U0 \% ViMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html