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$ ^6 e- j

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
: o1 u3 h, z  D- O

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。

  
  0 v/ X+ k# t3 r

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。

. V0 r- L% O% }) p0 z一、HTTP网页服务器
& b6 y: f1 u$ t+ A: \+ S/ I

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)
   # R" n, T0 X5 L4 v. a: [1 O* |
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " Q% D5 l+ U& e, s* K0 u
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ; N5 ?7 J1 J- Y, J9 s2 T  D
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 s8 P9 S( x  E+ U& L
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    0 L, N& d5 \( b0 ~+ F1 S% i, _
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    . G( {9 I* K9 ~7 c8 T0 i* L
14.         }
    
15.     int on = 1;
    4 k8 r# M: S- ]9 Y6 x. W4 S
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    . U$ h% @- `% Q, H3 X/ {
17.     {
    ( I" e" |( b) G* O: Q
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 U; d. k( A9 A& Z
19.     }
    0 j; }1 E+ D0 Q% ?6 P/ W& O+ m
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    + _% Q: h* G; r: g
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    8 u! E4 A" c( C  H5 Z0 O
24.             return -1;
    1 K8 @% F) e& e0 `* @5 M! D4 f
25.     }
    + V$ N- U* \1 i1 G/ s; a, \! D. Y% M
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    2 O. c4 q0 v& K: e# }
29.             return -1;
    
30.     }
    6 Z) P# y; \( X+ c& k, @4 c# e
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)
   : Q' ~5 \6 @: z
3. {
     ~8 X# ~1 Z# K9 u9 e0 b  E5 [4 X
4. 。。。
   
5. while(1)
   - o5 `& R4 b2 [: q# A% U2 s- D3 g
6. {
   . q. Y) h& p" Q3 Q- r/ J6 `
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   9 i& \& T' b& B$ F
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   . Z# g# c3 K% b/ Q: V
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   # c) u6 l& g5 L& }4 B
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;
   ( \6 Q( b# P8 G- j8 `
2. pthread_cond_t pct;
   , J/ k0 {1 v" S0 s4 `
3. int main(int argc, char* argv[])
   + P8 S$ A, x$ ^# ]( f: S3 u
4. {
   5 _6 s3 h6 H2 P0 b
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   . Q$ \9 {9 L4 v8 B  ~" x
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   . k' m( L4 M; @% Q3 h
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   
10. ...
    4 K8 ]; ?# }! X" O; B+ ?
11.     while(1)
    6 C& W7 F. v  p) h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    $ @2 H6 N( q. G
15.     }
    8 f. o' _4 N0 q* z: ?# S. E* X
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;">
   ) e$ N9 t/ Y9 z( Q5 ~7 N
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   4 V7 s) p! S. N4 o
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   + J% m2 i( `! W. g- [% N3 f& U
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   1 C' S$ a  G  u$ H  \1 J
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ' i5 |! s4 i6 {& o
10.             STD_HEADER \
    & N! E" F1 Q8 s, S1 p
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " Y* G  @. S2 B0 K! P- r: D
12.             "\r\n" \
    ' g, ?3 m" z  K0 O* k  l3 \$ z
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    . x" k4 K0 E: n
15.     {
    
16.         free(frame);
    ( _, O! O# k6 N3 Z( P8 W0 ~. w* X
17.         return;
    1 f$ t3 v- }2 z5 y  l4 W
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" \
   $ t+ N) I4 z' ~5 L2 L! N
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   5 m; l- u4 x, H7 I! f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   ' w! M# q& x" o& S# N
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   3 ]- }3 [. M" A6 D: {; p
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   / g4 P3 ^! ~% w2 S% K4 P& u8 T
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    9 n$ A4 Q; a6 W! q7 p5 ^
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。

, {! u, L6 z+ D" \! G6 Y

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
- S' R+ S- s+ l. _5 r1 x. t4 l- y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   8 @" U7 a/ D: `7 z+ u
2. {
   4 s, Y/ x) Q5 y7 v$ K
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ' l5 N" N6 s6 J+ v. s# \
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   6 Z/ |- l+ \5 i; `8 ?! T
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;
    " c8 a. M# `  |& P0 M
14. }

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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：
9 ~) D$ C5 C$ {8 R$ g3 r: L
- _' i6 u& B2 r

1. while(fend > 0)
   . z, P. T$ y: H- r
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 t8 A8 S4 `9 e# s" w- W, C9 V3 j
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   * W( D! Z3 b3 x0 l3 P3 ~# V" V
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    & d6 o& y4 K; m+ F% h8 N
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    # d( _2 }/ \; L3 E
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    6 ^4 F$ }: J$ b7 R1 l+ ]: N
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    " _1 H( d) I) g: _/ w% J& X
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    $ v& p; |, m5 V) _8 e
20. return -1;
    ( ~- t! R! t3 l' X( A% E  i; z
21. }
    
22. else
    
23. {
    1 h7 W. @  m4 z  G
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    0 Q% \3 V0 P: A
25. }
    
26. }

复制代码

8 q& Q9 |: m0 ViMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html