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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+ q! x% k8 I) f: ]

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
+ a: J6 l8 W. Y* x: F: O
) n4 b' w8 B3 B+ W2 Y1 U4 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。

# ^8 g0 x- o  u1 f, d3 G8 P

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。

  
  * j; R4 a7 f" m2 X. N& 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
4 N0 N( z" W, C% H- t3 i: ?' r

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)
   6 u8 l1 o* d9 r3 S3 z5 b% Q4 }
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' E+ P! o* X8 J: {9 ]
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);
   2 Z4 o; k& P4 ^: Q. {3 j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    6 t; R, a0 @5 ^8 T! n: a4 N. N
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    . h: Q; q4 o  D% v! q9 Y. u8 U
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 m. G! C1 L( u; G+ C
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    0 D1 ~/ A7 V$ p( q9 @/ w
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    . i, D, l* G4 _
22.     {
    + C% x; O7 J. b+ n
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 F& ~( J* d$ M' \* H0 o; y
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    " M+ L. @% e: m: o
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    * ]2 @. T$ Q0 J/ b
30.     }
    , l, [2 D$ ~6 C1 \, x
31.     return 0;
    / M, Q+ A3 d: l- ~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)
   4 o2 f4 u2 |, P4 d% }' ]" Y' |
3. {
   
4. 。。。
   1 u1 P% m3 V" A+ Y( I$ C. J  O1 r
5. while(1)
   : I4 ^" S1 u4 a5 e+ `& J9 V
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
     }3 h! g! q. L) S: ~
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    * j0 I! c- V0 `
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);
   1 m  U7 m$ o( K8 @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   : U' d# `! z  b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ! m" i. J$ q8 T5 ?
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;
   & o6 V$ l: y0 K8 [6 v
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   ' C' m0 A+ G3 H/ `/ M/ A  F
4. {
   
5. ...
   4 D- @: `  j2 C$ @" L5 w
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);
   + o$ `- \1 ]/ n8 r& S& \6 o& L
10. ...
    
11.     while(1)
    / B6 }. ~4 N0 a! S+ i$ |9 v
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    / m0 J, l, R. ~8 ?- {
14. ...
    0 y; q/ q: q. n0 m) Z
15.     }
    ; w: j$ q1 t$ x1 A4 L8 j  F, a
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" \
     F9 v2 h# W! c5 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" \
   * T3 @. v8 v; }& D# s0 X
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   4 c- J7 |' X* w0 ^1 J: g
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   * }" B5 s3 h' s) S( o0 F; E
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 H1 O3 h" \2 G9 d+ g9 ]& \- _' M' e5 Q: o
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    6 Q2 X6 v' j; Y8 q% `- }0 m
12.             "\r\n" \
    * V# Z" Y3 m% W& P: V. o% s
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    + q2 H2 K9 _* d9 N; Z, }
17.         return;
    7 j3 n7 u6 K& O. R
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" \
   5 ~  U+ m. b* N- \& n
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( i% r' S7 v/ l8 f) O' z4 w
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   + ?0 p0 W* X' [' _. S" c
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   5 I6 u# e" E: j9 L; `$ m1 u
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    9 I9 T+ I6 U. u% P1 E
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    7 ]- D) f# d; Q2 C9 w7 a6 z, l$ T/ `3 d
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。

) O- q( p6 a: ~( m2 ^5 ]+ J

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( t/ ~6 i* T+ V1 v) i

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ) x3 d! G  X7 |
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ' |3 p, `9 r; i: H! T
4.     if(*socket_found == (~0))
   : a5 N9 m( l: }' q* \! `+ [) k
5.     {
   8 R: [4 G0 P( M
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   $ d/ M+ @  [" C- \2 O7 ~
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
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;
    # U. [7 c1 A, x7 P' |
14. }

复制代码

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：

& i8 e6 q& x* \/ n
3 [) K: s5 [! }$ p

1. while(fend > 0)
   : ]8 D& W5 P" V' ^
2. {
   : L4 L  I& L6 M. b! N) s
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ) A% C7 w# a9 Q" X4 ?
6. {
   ' t% o8 i7 N& T6 f3 M2 F
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    + q; h4 C  C  r( u; W
11. {
    
12. picture.length = fend;
    % x7 L! ?: m1 Q6 k( @
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    1 X3 e) j9 Z; r# F+ ?) k/ u
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 L/ u; I- C$ T3 D8 q4 A: @& z8 c1 l& K
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ; O7 D: }& a6 s) w( E5 ?# C
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ( @5 P* z3 M4 s) C, w+ ^
20. return -1;
    & z* v7 @/ G4 y; F9 T- J
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    8 L. S( z6 w2 m, W, x; n" o
25. }
    ( A. l5 h( S3 @' `
26. }

复制代码

3 `) y3 K; P7 v9 g
" m! V% I7 M# v) W1 u

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