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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' [% j& V& K' ^+ Q- d7 z

9 d9 y! ~6 N$ G$ H

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
3 g% c8 |7 }/ p& I% {: [
! ]; N9 I7 v4 I1 f8 O4 w8 O9 H

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。

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。

  
  % G! P% L+ @. x4 N, S3 S

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

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 ?# ]3 ~4 L! [& V! c. _
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   , d5 L7 s) ^+ p, ?! \
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   % K* H6 s/ V" z1 L; p* f
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ; N4 a$ r/ x0 D# m$ T' J  k- F
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    3 y# p9 H! ]/ s( u  D- G- U
13.             return -1;
    
14.         }
    # f; h; J; a% c; w  e
15.     int on = 1;
      P5 y3 R0 e' M* O4 J
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    1 d  u6 a0 b' b3 _
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) \7 s& O' J, p+ J/ M2 }1 Q
24.             return -1;
    
25.     }
    : `$ Z4 ^/ ]$ B6 [
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    1 s6 A# \. X3 r  e! d6 g
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    0 G' L% i# e' \. b5 b
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);
   : O: H6 M  Y: r5 f$ P/ F3 j" w: i
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   " T6 u: b2 ~6 `; O
4. 。。。
   + Q+ \( E; P. K
5. while(1)
   3 P  o' Y! h* h7 L$ o$ B, e
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   & p7 c9 A2 A# Z3 G  z4 I
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    7 ~- ]; i' |; |0 L& V
12. 。。。
    * h- y1 O% q% _9 P7 d6 z
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;
   6 l$ c3 I. d2 K# d1 I( V' E
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; q: O; T; P; t- h' \% T
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;
   8 D+ X  D% I7 t" h  ]3 j# w7 T( U. t
2. pthread_cond_t pct;
   ! f% C: c6 Q/ h
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   7 H% `& w8 C2 e; u  T
5. ...
   ; ]5 }6 l9 z8 }4 |9 n
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   * ]  Q  [# m6 Z9 X1 ?
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 `& v8 O# ]: Q
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    5 w2 U: @: \( G
12.     {
    7 q, s* `6 \; k( a* Q$ k
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    # E& b* g3 ~! Z. z6 Q& @& S& \
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 h; i% w( B3 q* h
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   ; P& v: z* r! h5 D
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - T! r. X% y: E2 `) ^' R  g8 l; U
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   / }0 Z4 @% K# L- F! v0 c
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   / R) X3 Z& L# I3 t" A
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    & C0 k9 U" Q5 H$ h: ^) z' v: }5 x
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    3 y6 E4 |0 j+ G6 h+ q
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ) j) G: f  J8 {$ ?( w
16.         free(frame);
    
17.         return;
    
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" \
     F! ~0 P* d7 F8 N+ c2 i' I
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 J) X% K: u+ E- c
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   , q" L$ ]* T  d& k
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   2 ^. r. P0 Q' M- n
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ' I% p3 U* [9 ^9 O( B1 J' P) K, \, ^
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % H: x5 Z! m' z& c. v3 y
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ' d) U; C2 e' ]! H7 z$ p
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ; E! B+ z: F* w1 t, w& j
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>

复制代码

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。

" y/ f# {2 c5 [) ]+ Y7 i* |3 v

8 A+ v1 _- q% @4 j3 D" V- ?) q二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ c: Z7 C% D% \7 C4 N8 ]

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   3 o9 D1 P7 J, t4 E( E5 K
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # v6 C5 e- p. P0 U9 J- D3 z+ j
4.     if(*socket_found == (~0))
   . O5 ~6 N9 [" A1 ~, s. e9 k) h
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   5 s; M1 d! K4 l& T- w* p
9.     addr->sin_family = AF_INET;
     E1 |& m! Z, ^/ n1 O
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & ^/ L* K: w+ X3 e- c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    + n& Q8 _% j' D
14. }

复制代码

$ M! n7 b2 P2 X" |  m" K) K1 ~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：

, M# g0 h  g1 L4 K
2 S/ r* p. S( D8 I8 ]% h

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 m: h# `- p; H% H& [+ T
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( H- J' E7 V$ t8 D- K4 ?/ A
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % k" Z/ w; P2 n, v& \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ( a+ D' z$ d/ s6 {
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   - W2 V  e7 y9 T! Z) }9 U& }
10. else
    
11. {
    5 N( S6 r$ [/ S# ?
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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)
    - N# {: L" |* c6 t
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
      j! y# m+ C: F% I
20. return -1;
    
21. }
    ! m; ?' g! j. F! h: y
22. else
    
23. {
    0 A7 W) A* T* T: ~9 o
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    : U  ]2 C, j# x# @
26. }

复制代码

. r& N9 K* z! _# q* L$ `! d
4 Y( P6 Q' `/ C" R; ]5 c0 V, q

) I9 U+ q& ^1 F& g- r7 LiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html