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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0 r! q' d" K* ]. [, W) P9 r# ]7 V
" ?9 J8 P. H& o& |

& P: y  G# d* U1 p) G4 M* |$ O8 V

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
0 P6 t2 g% T% B5 h( i4 b' 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。

" r, ]9 d1 k5 W

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
) N- ]1 A. E  X" S' @

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)
   3 r) M! S: p4 `& I1 Z* r' h2 T& E  {" q
2. {
   6 x) ?5 b9 _" E( s7 N$ l
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   7 ~; s! b, E1 f4 F' g0 M+ J8 G
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ) V# {# E, N( c' S, [: R! l
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);
    ! G) }! r# A, z) w( v
13.             return -1;
    # }4 z! C7 J6 Z. r7 ]2 L$ l
14.         }
    ( P- w" i: q* l4 e  V: \$ \" P7 j1 X
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    $ Y  P' C# A, `8 \/ n
17.     {
    & {) L8 W5 {% Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    9 O# f0 o5 U) w- l5 }) Q: Q0 D
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    8 ]; L" ?+ U, f/ x% D$ S& j; f' K
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    3 g. l7 D2 s1 z% ]
24.             return -1;
    2 W5 j5 j8 |5 ], U
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    3 P& s5 h. |% M; V2 }+ y1 G
28.             printf("Listen failed!\n");
    
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)
   . h& x2 h- q& A! z7 Q
3. {
   
4. 。。。
   ! a+ R, u) d. c
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' ~  @0 i3 F* r, x2 M6 U2 @
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    7 v4 [9 l8 ~, E7 q( o4 [! Q
11. }
    2 S) M5 {! q9 D: k. t2 s* r
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;
   % Y; @7 S5 |3 m5 W1 b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   1 ^. ?' }+ k) r: C' Z0 f
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;
   & U+ H% m- o  F# g/ r
2. pthread_cond_t pct;
   ; r( P- y* u  u, C8 m# m
3. int main(int argc, char* argv[])
   % ]8 J" a( A( N9 y# X/ \: d
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   1 [9 e$ _" B& p
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);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    9 Y% t8 ?/ q6 g
12.     {
    , n6 \) O9 U& G* F1 x* c
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    , e% E" R3 g5 G; O6 h* w6 |
14. ...
    # B, ?! b# U# p$ e2 [
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" \
     t3 c% P0 a5 k" z+ Q9 L/ Y* w/ z
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"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   % [& g8 ~( t7 t# k) i
10.             STD_HEADER \
    2 O, [% I/ j  I  N4 w& d
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    ; Z+ X9 Z) _( m- I8 P( Z
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ) w- K' V" `1 t0 o- {- E
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    # c" d; f8 Y. I9 v# k. ~
16.         free(frame);
    + R4 s) l3 R- P1 @4 [+ P3 x6 t
17.         return;
    - E1 z0 D/ _9 ~) j( q  T
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" \
   ) s- `+ n) v; @, @9 W1 u2 Z, H( t/ D
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");
   : D( |8 C# K8 E% d+ Z/ _
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   - `% }" P9 i2 U* e
7.             break;
   2 \2 R2 I) }  T2 B6 d
8.         printf("sending frame\n");
   7 n3 Q" \/ Y; l5 o, Y* X
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   & o5 G6 S9 G8 }2 {9 s$ v" G
10.             break;
    / g" F  k. M  h4 D. B) ?7 f
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 Q' |9 V' w3 x2 K" c  `
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。

8 Y4 ~8 l2 ^6 f; E& B$ Y2 B二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% e' [6 P* C" v" R* q) X  V

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 j9 x3 A4 ~; P* b. q& i- `8 N8 |. _
4.     if(*socket_found == (~0))
   8 A: u8 V6 A( a& e; p
5.     {
   0 X, C4 S, {7 a) k! R
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   1 E* @8 c, e( D" `% w& o' [
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    8 q9 Q+ h; G/ M. m9 s
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    $ C" o6 D0 p: R( C, W& {  n
13.     return 0;
    3 O# `% w) X5 F5 j% J% P. ]
14. }

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+ a! \+ V$ |# v* g
5 b; j1 Q$ f" C* m. n4 ?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 I- H8 M0 ^, u, r, `9 Z
1 I+ u2 Z% {+ @/ e' D( Q0 ~

1. while(fend > 0)
   
2. {
     S: p. ?; N3 ]! k5 i" V
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ' t) H7 h4 I- S1 K, O
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   3 c7 y8 N1 i' `
6. {
   6 M1 ^4 t! l$ ~% p4 B- n$ u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   0 h  Q- B6 r: v6 s$ j- E
9. }
   . ]8 w) F: v- j
10. else
    
11. {
      g: [# t1 Y# {( A0 i
12. picture.length = fend;
    " R" O1 }' P9 L/ O/ q( N* v
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    2 A, U0 I0 w1 d1 n, j
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    2 |6 B% ?! e2 ^9 |6 R8 p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    9 ~: t; r  c0 M! L
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    * I5 M% H+ v2 ]7 h! o, R
25. }
    
26. }

复制代码

iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html