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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/ r2 g( }+ V% |' _6 {* `2 N
% E" F* A4 G* F! B6 S" `: @

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 Z/ P% t. {  _

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。

  
  9 M' S+ x! ^8 ^3 {+ y

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。

. i  p& w' C# W" |$ w0 M2 ~% O; W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. {
   ! ^& I" z3 g/ E2 i7 ?9 K3 h
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   9 c2 B( p: A/ D* F- B3 _
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
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);
    
13.             return -1;
    " \1 U, w, D. f' c$ J1 X
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , ~& q+ @, N# {0 n6 l
17.     {
    ! x! f* G& o' ^$ d) E( f
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 |* K  G# C1 N! m, K8 z% K- u
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . o- h0 b7 d7 V5 @6 I! C
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ! H' |* g! n7 |. i8 q
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ! X0 V8 Z" F; F* O
30.     }
    
31.     return 0;
    3 M% {7 x. d1 S7 o$ 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);
   9 L3 H2 j- u+ ?" s# E* Z
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   1 ^2 d: U8 M; s0 k8 H( f% ]
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + U# G0 R8 X! X, r. }% E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   0 S4 q5 j0 u4 {# J* [& @" s* c# X* z
9.     。。。
   ) B4 K& L  e2 o) e) I8 j4 F
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);
   . B" y/ j  o$ r1 a, G
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   1 q( q& s6 Z: q: x5 b% y  t
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   1 T" O/ G4 X+ s( ~/ g5 U
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   " K; _' K$ U  O' E3 H/ n7 s
3. int main(int argc, char* argv[])
   " W: ]% K( I( O' ?  R2 q
4. {
   - |9 R8 [+ b5 z+ H9 w  n: ~3 J  P( }& L9 B
5. ...
   * i3 ~* z' [9 M8 t- Z
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   9 h" g1 u/ ~* ]4 i+ z
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   2 I, B6 J" u7 p+ O2 {5 C) C; u) P  {
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    4 h& T9 {9 S% L
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;">
   ; S$ v5 Z8 k( _8 U+ L# O
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" \
   , }0 b" I, S0 |9 L) N* ]
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   0 t7 Y# H9 n# d0 e" O7 V
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");
   & y, z; C# P( D+ u; x
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   8 g0 o0 w+ C* Z% h
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    4 D% T, h" P$ F
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * ], Y# S! q9 E
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 r" |9 f9 f6 c
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
      s# r/ u" ?% Z0 b, @/ I! _- D$ Y
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ; z$ b( u- `1 S# F8 [6 o% n& N" E  P
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" \
   # c0 I+ o  d( ~* ?
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   0 x7 t* O) h: d9 h2 a* t# m
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ S8 v4 X. `9 X& N* @- o6 W
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。

; n9 M: c9 f+ @) ?( t' M$ {

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  Y7 X2 ?+ x/ B' S6 I

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   ; O3 u' {& Y( z  r. g  x; G
2. {
   . k, \( U$ y6 U
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 c5 }& X9 h1 T9 y4 u8 b
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   + w4 d- G* n0 C, {- v6 W$ j3 W* q
7.         return -1;
   
8.     }
   & P. ?& x$ Y; q7 a# C- \
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ( U1 g! E; V" e' X
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    4 H, ^! ~2 ?; e
13.     return 0;
    
14. }

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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：


7 |. W& c7 N) d' |7 R& p. C8 T( I

1. while(fend > 0)
   
2. {
   9 N& t) z) e3 E$ w( f8 F. l1 [, m& t
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   7 Z7 H/ {0 `" b* h' M& a$ B
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   8 m% w3 r0 F" \1 w* u
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   4 I3 x4 T& l$ |  L6 g- b
9. }
   6 l/ w5 ~+ |9 k7 p( @7 N- j
10. else
    
11. {
    ' c* z- n9 w/ m7 j! O
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    , r! v" r2 ]) p2 l6 y
14. }
    ! e( D2 e# \- K* k7 F- q
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . a# z7 T6 m3 e( y7 C4 ]
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
    
23. {
    - [6 E* j9 O/ U7 M! Q9 h
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    , e! j* I/ W9 z7 N3 o3 P3 d
25. }
    
26. }

复制代码

* [& `* Q. Q4 K

+ X  }  f) k1 ?8 V
$ L* j) b: `' {( ?iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html