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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8 w( z; n( I5 D; J- Z9 d
$ z8 W) E7 S6 z2 k; Z  n; L

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

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。

  
  + m% @! K& {1 O

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。

  T6 g8 \% ?9 D: i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)
   $ D/ g7 k7 E3 ~" E' v* S
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . f$ d# Z7 a- f
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " z: N$ r0 z' o9 q
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   / Q' R# P1 P+ x9 Q+ ?. Q
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);
    6 i3 D/ Y& G1 {. V( P
13.             return -1;
    
14.         }
    9 I. D6 t& u1 P0 S! ]! p9 G. m
15.     int on = 1;
    - N& p8 X, G' M
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    # z2 s" N) N. m  j
17.     {
    0 E5 g5 {9 d3 `6 x4 x* Q! {
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    , F1 d0 F& }* W- X" `7 |% N: K) B6 c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . P: u# r4 s8 Q0 J0 I  ]: x* l/ X
21.     if(ret == -1)
    + k9 s$ W! o4 a$ b
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 b+ Q! M# l* x! K
24.             return -1;
    
25.     }
    6 w" p, D3 c, F3 |" T/ m9 ^# i3 y
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    . T. @2 B& y& p* G$ Z) j* G
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    # p5 h$ w3 ^$ b0 Q
29.             return -1;
    ' w4 M  P* Z4 X. P5 j. V
30.     }
    6 |! `5 L8 }2 q4 d
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);
   4 t: o- N8 t: G
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     {* w. j5 H; k+ J5 p
3. {
   
4. 。。。
   9 E% B1 g2 x1 N1 v4 K, m
5. while(1)
   0 h- _9 [2 i* O
6. {
     Q- H4 r8 b$ h/ ~( @
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ' w8 _, y# `- \3 |! i0 k
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    9 b6 f; }" y- q$ g6 a/ [. m
11. }
    : X4 k7 K1 E; D
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);
   - ^( U6 O( j$ }5 A. k, S- ~
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   0 i$ S5 e, v2 k: O/ a; k7 Z; Q
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   7 D" V% {! W7 c" e& p9 m$ k
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   0 r$ o! J/ b1 m
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   8 \% d7 H2 O. Q" 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);
   : k1 S7 p2 |1 }: h1 A% B- n
10. ...
    
11.     while(1)
    ! G8 G2 Q6 n8 q. K. }3 }* a" h
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    ' w  h' s$ Y; d% r4 s9 U' L
14. ...
    ( c: D2 Y, v" q+ |6 t
15.     }
    # a" g* Q1 r# @$ c- m9 d
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;">
   2 q2 o* O/ U: g. X. S% z
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.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   - T' G. I7 N" O; d/ Z
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   . G- A7 t3 [1 `, }; \
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   3 [  }6 `% C0 G' @4 ?2 B/ P
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ; A3 J0 k5 x9 R
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)
    + L/ L# h" `) [
15.     {
    
16.         free(frame);
    / l' \: \: r; z
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" \
   8 g" @, T6 T. Z: E- Y" }! _
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);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   # Y$ A+ A1 v; y* E6 L7 i
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . m! k" F/ j, A. l
8.         printf("sending frame\n");
   - S3 z! l8 B) j7 {) F" ]
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ! d3 U* R% k' X) I  m# ]
11.         printf("sending boundary\n");
    7 ]. W" A# V  ~& O9 Q2 s$ e, W
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    5 k9 G) `3 x( a* d! ?- T. o& Q! t
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。

8 j) J5 [$ Q: g# |* H; Q

' {5 ^3 _& o! O& g二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
  P+ x2 W. N2 a8 R

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ! ]8 w: D; z3 H7 b1 T
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   # c/ N$ V1 A  M! @$ N5 S
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 m- G) w4 g; N, `! X
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   2 F; }! k& j- J; {7 r
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # e: E9 e6 `6 \/ n, M
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    ; f( g0 t  ^5 P* u2 P9 d) e
14. }

复制代码

! y6 S. a. N1 S
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：


# P6 d+ {3 z* O( [

1. while(fend > 0)
   ! n3 F- Y* _3 Y( S+ m+ z0 |' T0 w8 |
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   1 e( Q# n- v/ K, E. O4 V  i
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   $ i  d2 H$ A2 n  M; R; r: J7 n
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   / L1 `* x- e& N5 X
9. }
   ( T5 G$ z0 f5 p6 Q
10. else
    4 b2 g" r% ~1 ?" x6 n
11. {
    
12. picture.length = fend;
    ( \# U+ W  K8 T# K4 B
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    ( I% a5 C( p, E! Y# V
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)
      y# r3 K9 }/ x+ H0 X9 p- r
18. {
    ) y5 L, [4 U' G) `/ m: z' q
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    5 G% ?. u: }6 X8 T7 H1 a8 ?
21. }
    6 ]* b& m5 F" _' ]2 l. Q
22. else
    % ~  E9 p2 K7 Y4 F6 W6 n
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    7 \3 e1 d7 Y. ~6 h& z/ ~# Y
25. }
    $ c$ s3 K( J5 ]; K) p5 G# E; F8 Z
26. }

复制代码

" A! W  v/ c2 Q( p. {

% @' v3 l& I3 U& P: Y
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html