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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2 V' @* a9 @1 [6 ?/ f

% e8 ~% L/ G9 |% g2 H& _7 x

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
+ S9 i2 |- |( o( W5 V8 C1 a' Q- f

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。

* s) N" z! L, Y% I/ ?一、HTTP网页服务器
) u5 b1 D+ d! v  r3 D% C

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. {
   2 b: I7 R. t0 e4 Z9 Y
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   / s# ], M: F+ T* _+ J
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   9 w) M# |5 P* _5 k; q- k/ W
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ) ]9 Y3 @! t8 j; `# l% @2 _
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   2 H& E0 N$ f& b) t- n2 Z
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   ! V6 ?3 u& N; e3 x, b+ u
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / r! z! M4 i% M- F' {* v; u
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ' z0 t; r% o! I6 X
14.         }
      Q4 x8 p; i' n' M/ D9 t
15.     int on = 1;
    - S9 {" O) i3 v7 q/ H
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    7 u0 K5 Q4 U8 M
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + _. n) G. p1 G9 F' b. ]) c
21.     if(ret == -1)
    " e9 L* @8 \" j; Y  r0 T# [
22.     {
    , E( X4 J: ]9 v4 D; b
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 _- D+ j9 i; ?$ N
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    : K8 O) R  Y" `$ _9 z
29.             return -1;
    
30.     }
    8 m8 Y2 s1 X. \' e; U+ Y, K) z# R9 j
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   ! e0 W, \2 d, Z- W0 h
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   7 z9 m6 H2 n8 P; V) E
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
     S! l% y# g. \4 P7 j% s
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
      O" }. ]0 D( y& b; z" w
11. }
    / Q  |5 j/ C* Q! b
12. 。。。
    ) s4 @+ _0 ^; Y' E: G6 b. @
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
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;
   1 G. N" V0 {- x, m6 h
2. pthread_cond_t pct;
   5 ^+ H: j. G0 M! s
3. int main(int argc, char* argv[])
   & W1 Z0 ^& `! J) C, G1 I
4. {
   , }- L4 X  L% r) G, [- L* k
5. ...
   : @% }5 V4 e2 z5 B7 {% W+ p
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & p% J. F* L+ f
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * P0 s7 z2 n8 o! k- h
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. ...
    * x3 q$ l' A4 l) B  p
11.     while(1)
    6 X/ z8 x9 V. k: G' w/ O- c( E- O% }
12.     {
    - @. {% l& P. t. t7 \% G6 N
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    $ i0 T% m( L& U/ R* t
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;">
   3 s( s& D0 U  C( n. W, \8 C6 h- S
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" \
   : c8 K. T# D+ O
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   4 c, n/ l; h4 V
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + J! S* |* d- k2 T+ i! J4 U  G6 O
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - k3 j8 b2 e# H2 m2 F( R  t# j
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   # V$ h8 e5 N' Y8 X6 @$ V( c1 @
7.     printf("preparing header\n");
   $ K* u( }$ i3 l# ~+ I
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ) w0 X- {8 F) B! u% n& W$ `
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    - m; @/ f& C, e8 e
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ! R3 Z9 R3 C( I3 z
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    ; c/ F! g4 B# h; g8 z9 }* P( }6 u
17.         return;
    8 ~, R1 m& f: e5 I4 \
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" \
   ' m- S$ b% Z) i, l# A" \& X
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   " J+ O' K0 \- Q+ o, S0 t
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 c; `; Q  h/ A* ]
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    0 B2 \' f/ v+ a0 h) q
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

  s1 ]0 \% G$ I& t二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- a& j* I1 u' o: ~' w

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   2 _! `' G, f0 }% Q: Y. A7 S- s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   - B- A2 D& d1 P, t. b
7.         return -1;
   7 b% d) ^/ ?, F$ @; K
8.     }
   $ M% j3 i( u' N3 g5 @
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ! f5 Z1 R& T8 ^! ?( T( ?3 x# c
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;
    & ~: a  u7 t2 P3 M5 q1 \' @( U
14. }

复制代码

) H" d+ R" ~1 G2 S: T2 m
- B2 q9 h( L% g7 s- r" W5 f$ {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：


$ Z) T. ]' O1 n

1. while(fend > 0)
   
2. {
   5 @9 s& q, [3 p* D6 _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( c1 i; M/ V* a: x& U/ o: M0 a
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   0 g! B, Y4 ]9 W& g# n
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   2 K+ v: _% {4 }: [: t' u3 B
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & W% `  O+ r1 i
8. picture.fin = 0;
   6 o% w; P' h. L# Z# g! [
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    9 @4 Y: j; f/ J! ^$ y$ ~9 D
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    , T$ A) H, w- N: {* n1 J0 b
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    - }( m" }3 q$ \6 Q3 V* h; v
20. return -1;
    
21. }
    ( @( O  |1 L4 N; G, ~: Z5 ?% e! Q
22. else
    - X: Y: \$ l. D! b% a+ h9 R6 A
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    + ^  m& f& P# q6 u
25. }
    . a+ H. i' F( ^( o5 W' q- h9 ^6 z
26. }

复制代码

& Q- z8 S: m* a

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