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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/ n/ b+ v& f; n

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

, \, {9 @" B5 R! O0 h7 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。

! v! G" H( d1 q4 @9 N  M: ~

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。

  
  5 q0 w% C4 T4 Q1 _8 H  ^2 x

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。

0 [9 R0 ?9 S+ `4 ~  e一、HTTP网页服务器
4 a  T3 ^7 P5 a6 z& B4 N

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)
   - q0 V) [% ~. ]+ A( o
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " v- d6 @; Z2 p0 Y: f
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) A9 r2 T4 Q3 c" k
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' U) @& }( K* E" Y9 u' S0 |. L+ H
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   2 R- h' r9 \2 J5 ]9 h8 V
9.     int ret;
   ( m% f7 n5 O% g; K" F
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    * q- G1 Y1 B/ J9 t+ l
11.         {
    3 k8 {7 R+ v# A2 H" j( y; G! l
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    8 b/ F7 k' H. F
14.         }
    
15.     int on = 1;
    9 [( U6 F, b* a
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    5 \, B. H: j" U: b7 j- H% ^+ g
17.     {
    , F# ~7 [4 |3 m) l( Q) P
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    $ K, M" ?% U4 i
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    ; p: W5 U& K) a  L9 x$ u
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
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)
   
3. {
   ! k. j) p5 p7 y
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ) d+ e6 q" f  x0 H7 f+ R7 L5 U
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - Y: X$ O/ L: t3 ^: {: f! u# L% S& |
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    1 C- S7 _' S; ]5 q
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   5 b; _+ h, c' f
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;
   / d, o) o/ a' v
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
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);
   
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    8 ~5 t3 |8 V- \
11.     while(1)
    * X7 a5 o9 `; W2 [9 g1 ~1 f! `
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    : q; Y+ q4 N5 b8 ]/ x+ K
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;">
   ! Q# W7 c6 Z5 P, b3 `+ E9 b0 W
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   ( T. T1 C5 B$ o8 S
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   & D+ V% K- ~! U2 @7 [& R
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   - s. Q! a& \, ]7 W7 T
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ( i% |: j  M% u7 W! I& U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ( B- [" q/ I) U) R- Z3 b
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
      |) V. I" [) N2 p7 S( L
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    # }0 T* M+ _* y1 }2 R. S
15.     {
    . a; U7 E. r7 g  \' N& y) k! v# W5 A% ?
16.         free(frame);
    
17.         return;
    * x* Q2 d6 w6 P0 f
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" \
   7 H# v3 s5 [$ @8 V8 l
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   6 P- X9 u+ o$ ]/ B7 j8 ^
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 X/ K& y/ h8 U$ \  g4 d5 a3 |9 T
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。

/ y9 K: Y. R( w. [0 Q% P+ J; z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)
   - Q5 G  ?" n% R0 G3 s
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   " `! l  N0 d: g. p+ y
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   7 U5 J6 U1 [4 d$ m" W4 m; ^
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;
    / o1 t- `/ `: m) i9 T$ G: Z
14. }

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1 s0 u8 |$ l- s% C/ q
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：

1. while(fend > 0)
   ' W: ?+ n2 [5 G7 c
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ @' S. J! n) e5 P* ?* B
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   7 t5 ~# Q, l! _7 }
8. picture.fin = 0;
   3 j+ L4 J* O1 l, e: J( C6 _
9. }
   
10. else
      w2 S0 R* ^! ^1 u4 M) \& n  p
11. {
    
12. picture.length = fend;
    + ?/ Q, N7 K' D
13. picture.fin = 1;
    ( R, A6 X; A" [* `
14. }
    . Y' d* k7 I% d' x5 M, x
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    + K; N& ~8 O) e) x
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    : m/ |$ h1 ]6 U/ N
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    8 T* ~6 [0 b2 M5 s
20. return -1;
    & q& _# B) \4 b
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 Y! @$ R5 f; g! R9 w  [7 Q  e
25. }
      z# g5 l8 M& W8 n
26. }

复制代码

3 c+ r/ y% G, v
6 l) ~6 e& J2 }9 e

1 c# C4 Y4 c: u+ N; N$ {8 q
. v) }% n: u, T' r" Z5 l, w7 a! siMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html