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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$ Z) P/ Z, D  o6 c% D7 H( L3 H
. _& E, P5 D9 V+ ^3 {; P1 a. @

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

0 v6 ]& g( H- u8 c6 K( z' Y1 L

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。

  
  " t' m/ N1 x7 z& V9 _- i

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
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);
   % y, U8 ~* l9 Q6 n& ]% m
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # W+ N( ?! r$ n# L, g+ ~
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    * R& L# ^! g3 e& q& O: f0 b/ w
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    $ j6 o# X6 n  n5 J, Z: O* @7 Z
14.         }
    5 R  i7 l* l$ v+ r3 Z, i0 o
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    3 n7 E4 p- M; l5 J0 }0 V
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    & z) b& m0 A  j" [& Y4 q
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    6 B. ?) L5 K, G4 I; O
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    . i( K# {) {* e; P( v5 _* Q1 h2 i
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    2 K) y; |9 h3 ?" m
24.             return -1;
    : ^9 g; K4 K6 s  Z
25.     }
    $ F% ^1 A) g& N: \8 j0 ?
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    % Z3 V- F( ~2 x: |6 g- r; d
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    - ?) A4 Z  m2 [$ A
29.             return -1;
    
30.     }
    1 `  @, x0 E1 T  \
31.     return 0;
    5 t) k0 _6 ?" A2 H9 [
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);
     L+ P, c' B3 w* {8 ~; h0 |2 |+ u
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   & [; e. N4 a% ^' B% ^" J7 R9 {* f+ C
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   6 G/ ~* {% e; ~% U: J& x. |& E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   ' s- p3 \& w( ?- B7 u. O  ?
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   3 b6 x, @- N& h! r$ W
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    * c& i$ |- h5 Q9 a" ?
12. 。。。
    # \% d' g* b/ w- Z
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);
   ( P: Z1 R# ^' I  X$ Y1 d- Q
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   - x% y& f/ U5 _: A+ f$ d% b
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 }4 ]- E+ {3 c, a3 w% D
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;
   ) l. Z( ?* [3 R* _. r* {/ V
2. pthread_cond_t pct;
   3 U5 ?9 `0 t$ s
3. int main(int argc, char* argv[])
   - \# ~3 Y; X. u8 o0 R& R
4. {
   7 s4 b' F8 y( J( j0 ?; j/ Q. Z
5. ...
   2 _6 N: e) G' p- V2 D
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   / n5 G9 @% s  w: m! D! W2 ]- I
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. ...
    0 ~+ t5 ~: R- z' X8 M9 L. p& O
11.     while(1)
    ) g. i  q( X& b
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    ! N; o! ]: p' E' L  Z2 p
15.     }
    + Y! H$ h  v8 R; \4 U
16. ...
    * o5 r4 p/ Z4 V; L) \. C; j# `4 [
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;">
   - R( W9 J2 V/ \# i! W3 w! 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" \
   % N& K4 d) c% a+ u5 H8 }: U. f
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" \
   : i! Q* I- d, g+ K! L  \
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   9 r7 F4 ~3 ?& w& N) B9 X
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   % b; R; I0 j3 e! y5 p( B
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   2 A2 M$ ?' K/ z/ F
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ {+ H# [+ D' A" W, W7 I
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   4 C% w$ D1 e/ }5 N: h3 G- r9 \' \
10.             STD_HEADER \
    1 t) A& ?5 R  h. F: d! X, B" r
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 Z. g5 H- ?0 h. L; V" X
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ) S5 c% @! Z+ J2 h6 t
17.         return;
    . @5 u/ A  Y: x. Q7 \) K
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" \
   ) l3 x2 B: O" H: h, u/ J
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)
   
7.             break;
   3 w9 h  f/ ^6 X- P' V
8.         printf("sending frame\n");
   5 P1 u) o5 z2 c  ?$ L: `- O! z
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    & P9 \8 F! X5 T, `& l) r
11.         printf("sending boundary\n");
    ( T3 D3 ^9 ~, I& W' V
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。

, P) k, R9 T6 W6 u1 Q

6 l1 x8 O3 a/ l* P! m1 k6 Z二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
; y/ {4 V( z/ c& P: l7 S- q+ a. y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   : g' b/ V$ C8 p8 u2 W/ v
2. {
   5 W' p  R3 Q8 ^' j; N
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ; l. a1 _/ V( L/ u+ s/ r; }
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   9 p1 m* ^2 H% Y8 y& i5 J
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    % z- G9 D: M. h( V8 O% r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    : |( _" u/ l% [* Y
14. }

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% y# q+ `. H# Z/ Y7 ]
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：
  e0 ?0 O, ^) Q& m
% G4 X8 [5 e- q: F

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
     ^* u8 Q+ b4 I* i- K, I
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   # C  W- o$ v$ q- M
10. else
    
11. {
    ! |# C; Q/ }, Q' ~, o
12. picture.length = fend;
    ! Z& p; {; N' S" S1 F1 N& I/ v
13. picture.fin = 1;
    + f$ w( Y1 p7 j  |. I% A
14. }
    7 Q3 E* O3 }, C* Z& s
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    % H. B* f; R* U! v, w
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ' L7 V( n) D1 ?; a$ f3 x
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ) H; A  c0 x/ N
20. return -1;
    7 Q1 d  `: L( D
21. }
    
22. else
    
23. {
    9 q. V, Q- c% m& O6 ]
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    $ L9 d) m0 }5 F7 X- ^8 P0 a: K2 c+ p4 N
25. }
    
26. }

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) x  J0 P2 J+ f
9 K- I) [7 ^# F7 E3 wiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html