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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- o9 B- K0 R# l! z

2 i. {( v. p$ l8 p2 E7 ^

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

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。

  
  7 A3 f* T4 |0 ^: Y6 B4 I8 y; E& F8 ]

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。

. s9 i8 Q1 V% r( P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)
   * W! C( m+ \- W% [
2. {
   . o5 T8 w3 B9 c  w
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   : p. M+ F4 \4 M8 Y* J% g& ^
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   % L' R* [5 v7 p6 C9 Y- [4 Y6 Z
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   3 H8 D, I$ _  J6 K. _. g* |+ s! v
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    4 w7 N: H+ X* q  g: {% f
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    % ^$ n. Z: t: x# O, S4 f9 ~
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * \7 B# g1 h1 Q) |
17.     {
    $ O# V- x) S2 o' B' p- o+ z" ?
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    + G3 G7 a/ h4 B! o+ v) ]2 \
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    " s5 s! p* p# {% p) k6 q
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    5 `& c& f0 ^, S& f
25.     }
    . ^* e# [, a. _
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ; J2 `' b% N7 M0 {
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    / j) ?) d+ b1 C- C: D
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& [! F- v4 h: n5 A& |' Q" Z+ a! F( D
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , N8 p$ t9 U3 X6 ?& \  c
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     W7 Z' y7 d0 \! L" c" k! Q
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; M# J8 Z/ ]( j2 {$ K3 l& B1 p
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);
   4 Y5 ~3 M! y7 F# c0 X' G1 t0 V' w
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   2 l8 y! P. W4 r+ Z2 F
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   5 L; t* u1 f3 F* n6 i3 Q
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   * `5 |! m3 ?  R
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;
   + i! o' q$ p( b" j# f6 l
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ' u5 h: C$ b% ^: b1 ]
4. {
   
5. ...
   6 S9 _; H' c6 Z9 R" q2 c
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);
   1 K) T  R8 ]0 l: g  f4 {
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   0 Q5 _: [" B: x1 w3 r7 z. r( \
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    6 S% f8 V8 U" _# p4 T
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    9 E' ~# X2 N3 N0 r" x# I; X
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    0 r/ K) h. \8 F3 ~' G
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" \
   + G, X% B6 _4 n6 ?7 P6 [) B+ y
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" \
   ( X3 |1 w( [$ }. q
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   2 e' G: B& T' ?- n
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ' X1 K, P  m7 M  `2 p- V9 ^
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 m7 E5 c" ~9 [& I
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) ^- y- q, k' f3 H
15.     {
    
16.         free(frame);
    ! v2 g9 Z* \$ \, V5 t) D
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" \
   * m7 @, n8 J7 G  X; D% ?/ ?- u1 H! E
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
     Y0 x3 s5 V5 U% q* {# g1 |
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)
   ) O9 S) V  }* `3 ?4 Q
7.             break;
   $ W" D  T- ~- k7 f& Z  R' m/ Q
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    5 O4 u3 V$ E1 E7 K! o' }
11.         printf("sending boundary\n");
    5 }: X1 t; T2 ~7 {% h
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 t5 w# s4 L" |* M+ w
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . y: e  p4 k* `5 X8 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>

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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。

. N# j& F0 @5 f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)
   8 [( p7 D, i) c" S5 K7 V2 \$ K( u/ w
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   % }; p, X9 w; K/ ]
7.         return -1;
   3 X8 }" E; G0 j8 w2 V
8.     }
   ) B; I/ S4 t$ C
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) W1 @, D$ l$ t7 I1 _+ p
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 u3 v  d( k$ ^
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

! M/ X: k& x5 z' q4 x4 Y5 U& U
. {" t# r$ S- t( ?& }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; z$ A/ K9 v+ F/ \
+ K5 a, b0 R( U" Y6 D" R0 G, t0 ~. r

1. while(fend > 0)
   
2. {
   4 z' Z0 L# ~2 s5 ^7 U1 F
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   * y# D2 Q7 U- n: c7 K# x! F
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   ( c0 t3 i% ?& C
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . ]& v1 ^8 V3 H4 D7 u
8. picture.fin = 0;
   ! A- n; c$ ?: D6 B2 f
9. }
   - A! n  y7 \. e
10. else
    $ e+ v* i* I( m, y$ K$ I: x- X3 L' `
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    . N- m( O6 m. Z; ]8 |; F, B1 p
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! c3 Y, v* F! q8 J3 }) p5 I
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    5 U1 v  r- s0 I5 w( b
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    1 l  i, U0 ]2 V9 h  w
21. }
    
22. else
    ( A6 Y1 T1 |$ y. l' A1 J4 c
23. {
    2 U  T* s: U9 f; R3 Q, [% M
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ! M8 m" X, Q- n9 K% {- j! h0 F) E
25. }
    
26. }

复制代码

, O2 V* Z3 N) r5 A* I% K6 j

& f% `5 ]2 |, ]" L6 d" C. @
4 E7 K" ?( c9 e( S. HiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html