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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7 S( R$ N& a/ A, H4 C3 c; _3 e

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

+ T$ n) w6 a' V$ t% j! w9 ~

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。

7 M" k8 }0 E  i- j! g  S# K: Z

" b$ a; F5 F% T$ p1 |

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。

  
    ^3 k8 I! K: p3 s; D" j! t0 V

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

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 J0 u2 f5 `0 N5 x. [! C
2. {
   0 ^2 ^# Z) T* x- R5 p  @
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : K/ ]% |- l9 q! L: _
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   1 k3 t, h4 t5 v5 M7 S+ v4 l7 v
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   " x* X& n5 S* G6 }
9.     int ret;
   7 F: B( \2 A+ }' `5 {
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    5 M3 _9 T5 \& O- @" k4 {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    & w2 p. w* ?: e* R4 ^5 f# I) m* _
15.     int on = 1;
    ) ]" v3 b2 p0 [9 R6 P
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    * |$ h. t8 O( y- X0 P
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    # M2 \' L" P# q9 i! r1 l+ i
19.     }
    7 W, m, g; `$ l( l4 }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    - P, j5 r9 P: c6 ~; i% }9 T5 a
21.     if(ret == -1)
    " a0 u* I3 X3 c4 L# `
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    $ D- f6 F  {/ Y0 K. N( z# c  x% ?
24.             return -1;
    5 e4 E- X5 n1 @7 T, Y( o
25.     }
    & A% r+ K6 A$ Z; G! q' u; A
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! q4 k1 K! z4 Z( v' l
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);
   " P+ K  Y9 W& s- A+ u# f! U
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   , e, ]; l/ Q3 v5 {
4. 。。。
   6 z4 Y, \7 s; Q0 T# k7 B& Y
5. while(1)
   7 A1 p6 I( h! p" o# z1 ^% j& [
6. {
   5 K" Q; O) X# ]8 J
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 Z& H+ r* Q( c) t+ B# l
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    , R$ R" c4 |# H1 A/ |1 h. @, l" t
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);
   ! u5 S4 O# R; N/ }
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   6 I9 N; B8 ?! _) O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   & u& z' v6 `- a3 r" n1 F
2. pthread_cond_t pct;
   * E8 S' a7 A* c, g% Z$ \1 [
3. int main(int argc, char* argv[])
   * t0 o/ L: I- m( Y" B/ B
4. {
   
5. ...
   ( D( Q9 q0 A- s, R4 F* N
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. ...
    ' x9 b" u1 {  T1 ^3 V0 Z/ P% i& k) N
11.     while(1)
    
12.     {
    9 ]% t+ M" m% B9 I
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 o. v3 e  m/ G7 u
15.     }
    
16. ...
    5 z& C: U, A9 a4 k7 x4 d1 F+ v
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;">
   ! h1 }/ V2 d  E2 e7 U1 ~+ T2 i' g
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" \
   8 W2 E1 _" U& B- J0 M  T; v0 x% R
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   / W* B" E6 t- f7 H5 S
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   " p" f% O6 N9 f% x% C
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + Q& @/ ?) f5 }/ I- J1 x
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; h( A7 w/ r" i* G: }1 t! Z' y  S. ]
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , |( E% v7 @( T: N" K: I: r
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : ?0 @# w; E. B  P2 D% L2 n
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 E5 Z# K5 t# E" S1 C% Q, Q
15.     {
    
16.         free(frame);
    
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" \
   
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);
   - W) s6 ?8 q4 P. P8 S/ A
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   5 j1 g; W3 ?& H' n5 L& E
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ) O5 C; ]1 x5 `8 @
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   & S8 x6 u3 E/ v3 m8 G$ P
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   % Y) H  T6 [' A, f' S
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 Q% L) [; S& z$ {% 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。

2 C+ b# k6 q, `

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)
   
2. {
   + x8 k! ]" N0 Z! S) ?/ {
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ; P2 ]7 R) Z! I6 ~, t0 \* U1 b
4.     if(*socket_found == (~0))
   4 O! {7 V6 u7 |8 _0 d4 H0 _+ g7 A# H* K
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ) _& k8 E6 ?1 k& ]5 v
7.         return -1;
   / O# [: k: g3 s0 H
8.     }
   " ?4 r$ W: H1 w  Z, Z
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   : d* x" r* H8 j: T# u! |
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    $ z- Q" C9 N3 ]% y2 Y8 e8 S
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    : U- d4 {6 R" b3 C) y: u4 @: q
14. }

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- x% y! C2 i6 w$ Q- I% S; k, Q
7 W5 A7 ]; t! d& L( 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：
5 J8 d6 \; L$ @: S
% {( d& O' o; `" C2 p( S/ O+ P

1. while(fend > 0)
   0 `+ w" M% e6 u8 d
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   $ K4 @4 R5 V8 `6 X1 C- d
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   , W' t$ X# Z/ Y' b7 N, J/ h5 W
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ' J2 H- g( S% f/ |; |
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    5 g- b/ W/ w4 K- X
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ) k9 P. o, ^3 K# g% N8 X6 Z. J" G
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    % \2 C" v' G9 W* u/ R. h; L8 e1 ^( u
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    & \/ H/ R' {0 M! x. u( M1 l# p7 V
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 @2 O: }9 U; s7 ]7 S
17. if(sendbytes == -1)
    4 N  [8 R* W; N$ N' s
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    + x% }+ I4 N$ q: C+ d
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / S3 q. z/ M1 H, f7 F5 Y, S3 q
25. }
    ) w4 ]% T$ ]1 M( O3 B( z
26. }

复制代码

/ o' U. [4 @9 l" X
3 k* K/ E! c  S

: C7 u' P2 `; l7 liMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html