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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& @; G# ^0 w& G! ]

. u; ?* E3 ~, G5 S9 i9 u+ d

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

7 y9 ^2 A8 ]; Q

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。

  
  

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。

% F" q9 H/ E' }6 q5 j- ~9 C; R$ Q一、HTTP网页服务器
) V) x' \% T) q0 ~, d& p

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)
   * O9 Y( v: M  Y& B0 l) ^' M0 B! |7 M
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! |( J2 S4 @% q2 U7 v
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);
   & T+ a! U9 S7 u# T
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);
    1 i/ C6 b( [7 g/ g' F
13.             return -1;
    + N, Q  j4 i' m4 T3 G
14.         }
    & q" [9 o( e+ B2 q" ?5 b5 Z
15.     int on = 1;
      f# K" \, l$ i5 Z4 Q
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    / p+ D! Z3 X; t+ _
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    * v" t6 l% p* E$ T% X* M2 e
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    % s$ B& I; |6 w6 p' W! ?9 I4 t" \
21.     if(ret == -1)
    . _  {1 R/ A0 C
22.     {
    / F# L& i: Y5 I+ a2 c
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % |! w6 U4 z- N# a8 p8 I
27.     {
    ) `+ M6 W4 P5 F3 v3 X) M; Q& w' G
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    7 _- X3 k8 U& W4 e
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);
   $ E9 G6 R+ f0 U$ H7 e. S) F
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ; d' B6 p- o% {+ F7 O4 x0 L; c, E
3. {
   ) y; `1 q; y, y6 L4 _* q0 ^6 Y
4. 。。。
   - y; L. A* r; r+ Y1 M
5. while(1)
   
6. {
   5 u, @/ Y# D) Y: _- v' S- W
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 U( q1 A* ?, ]# ~: ?! S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   # F' ]* o5 z8 z3 y6 H
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    4 x3 }4 o# r# {" [# H. ~  @
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);
   ; k& t6 \) e& \6 c4 A5 b& g
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   2 n9 }! K& [) P! `
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 ]9 t) A; C! n$ T% V
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ) g/ F6 {( C' S- E$ Q
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;
   5 j; @) d8 h) R
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   + b. u. m; n" P/ z/ m( I: j; w
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   : Q( [) o0 \% A
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);
   / |/ B4 B9 y7 W; n) {4 S2 X/ p" i
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    , f% a  m3 _" p
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . }# X9 _. J, \0 ~+ S. ~: g( U2 s
14. ...
    
15.     }
    
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;">
   : D" h; k5 y8 l  x& j. h2 I: q; H. h
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" \
   ) x  ]# T. k. C& V+ a! C" }
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   5 K$ |% b0 i% n
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   4 _8 c7 A8 b9 ]
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   & ~& _/ j. g! u; e. K9 F5 E
7.     printf("preparing header\n");
   , v) V3 W3 D) N0 A% q5 e. b
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   6 U# m+ a( }$ H
10.             STD_HEADER \
    0 M1 F/ V* I* v: `, R$ F0 ?
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    - A3 w, v0 u. c, G) x1 A+ o6 ]
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 e3 `) d- i+ Y% `- O
15.     {
    ) N2 P+ R$ H5 X/ E! j& b
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);
   $ R! G2 G: n! i4 x8 d. I. ~9 }
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ! m+ E* v! |& C* n, x$ r9 [+ ]7 J
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   # j( a/ R, F6 d. \) V9 U7 L$ ~
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   + N  e3 M  M/ w0 T+ l; I; k7 v
10.             break;
    " g4 q: H. D# q% c
11.         printf("sending boundary\n");
    6 X, [8 \1 m4 I# k* a
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
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。

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. {
   8 c, ?0 x" f: P( k
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   % u# m$ ]' {  b. ~) |  c/ k
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   3 S! j8 Y# h" G( |* \! ?
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   , j* y4 u  q  t9 l9 A- G. J
7.         return -1;
   4 E7 R7 g9 e% u7 d
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   6 N4 t- y3 o5 [3 ~0 T. f' g
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 k5 @2 W/ A  S  _& w
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    " W+ i# F8 T$ f  N# j: r
14. }

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% h8 Y' q6 W/ K
& [9 i, t) |( s: w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：
* P% o0 E1 C# J% j4 X1 l* ^) W
9 g* y6 N; g5 g: a/ C" m4 |$ O+ W, d
# ]7 E6 r" D1 U

1. while(fend > 0)
   3 [. [1 k( k/ O( Y, h
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + [% F+ L, L% ]2 |' t4 Y8 V. z
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    # {2 a1 k" A4 p" v
12. picture.length = fend;
    2 t" D9 ^; P7 b; ?4 [
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    $ Z' [. W- ?' a) Q
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    0 V; W+ `& e' D. z. d3 ~5 U: O
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 i- N, p7 U; E: [! [; t
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    ( Y- S# F; t  e: ?1 P) [
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    3 o( @" f& Y1 P' @6 I! s
25. }
    ) E" k! i' N9 [
26. }

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  k# e! e: @( Q
6 k/ b; i4 R. w

" n( n# [5 f$ n8 @2 |+ FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html