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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& R" }7 \  D3 s& N; u  T
+ Q5 b) n, R- Z7 I1 ~9 p

  h: U9 `% z/ A" p9 A( 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

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。

% v& ?0 b2 h5 h

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。

  
  3 J" G/ L5 N( @3 z

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。

, x) p3 z9 I+ a一、HTTP网页服务器
9 I' T$ ^, E% z/ E

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)
     l" ]- x6 d4 w7 x' s
2. {
   . g6 p7 a( N/ x+ ^; d
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   , d- N/ F$ ], c" W! ~- S! ]
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   6 B2 t! u& f4 J/ Y1 k- ^( Y
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ( D0 x# t" f+ \9 \+ g! C5 k
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # Q- s, s% W- m% {& J$ U
11.         {
    ) f# k" L! o' ?7 t9 O- n0 J' Y- Y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    0 i# ^: p" ^% |2 e0 f
14.         }
    5 M+ `9 p* `$ \" ]
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    2 B1 m; p% i; V& ~
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , e1 B  F: C7 Z2 g+ ~2 L
24.             return -1;
    2 S7 x# D7 P% H) L3 a5 Q
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    
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);
   ' c+ z1 g4 I) `5 Z4 ?$ r
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   ' h+ e# U. F2 \7 ]% f
5. while(1)
     c* `3 R( e' ^7 U) g$ ~
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 A& m; c# W: m$ {- u" Q5 Y+ Z* r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + a3 b( G( t% l( T; M
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    1 m5 b) o' I+ n" 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);
   + C8 Z( f& j' \
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   3 u9 |( d; z  ]& S
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ( f8 I/ U( [9 p  j& A% n
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   ) t+ `! Z5 v* e. }( i  z3 W. I
3. int main(int argc, char* argv[])
   ! D6 m: t+ c$ I6 k* I
4. {
   & m5 K* K3 l1 M3 ~
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   ( J- m6 z( C, i: x- j4 Q( P
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   1 `( ?& D& A& b9 r. o; p
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. ...
      `9 u% L/ y1 a
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    5 n: F9 {7 b9 J9 Q: I! S2 R
15.     }
    % t  \4 y3 B, ^$ _9 r; V+ ^
16. ...
    5 T8 d3 T2 i- v) K) \3 M6 u( X
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. </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" \
   ! ^9 L; B  k, ~' k$ _9 B
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   - L" S5 N5 E0 X$ \5 T  e, W
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" \
   7 b& L( h/ V7 W0 j/ F: A
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   4 c  r7 {* w. i; Q5 A. r
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
     U6 z8 T+ r$ D& d
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % n; u/ R# p4 f# d
12.             "\r\n" \
    ; a8 ^/ J' U5 x8 F
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    0 f' {# A3 f+ i- W" g$ H
15.     {
    . d( R" \1 ]5 g/ [: `% \
16.         free(frame);
    ( X, _& r, O. }% W7 A! Q: r: Y' M
17.         return;
    ' F7 ~5 ~5 O* x. t$ u5 }1 e
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" \
   1 W5 B! y" K9 F8 Q& o$ l
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   - `) o# q5 r( u6 _4 f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   4 z: R' {3 w- ^$ L% b' k
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   1 P. J, t" @# d6 l" u
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " e% C% U8 _! n
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % i3 j- }# v8 E
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)
   + i- ^6 ?, E* _1 K4 X
2. {
   # [# |' l! a+ `
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 Q/ {" ]7 ^( h1 G9 j6 ~; p
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   ' u! n& l: y- b5 N- I
8.     }
   & U. G" M7 ^% O
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;
    6 c2 [% a+ m' G5 o( f4 Q
14. }

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. e& E+ C, ?- s3 I' P! f; J
' V) Q! ?" z( w& p0 T% b* K8 _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：

. Q, h3 I+ b* Q. g
, d8 U9 ~% S8 }7 T8 s, p

1. while(fend > 0)
   
2. {
   + F5 y+ @* b2 ^9 b9 q* w% Y
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;
   1 z: I! {8 N# ]  o+ S; D, K
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # q" Z) h6 x$ f3 e, m3 ?9 c
14. }
    - A0 L* }2 o* n  M5 f# _, W
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 x. k+ n0 s6 @# O0 Q
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    4 j9 T( u) ?, ^$ {
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    : o# P5 b/ }8 r( R
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ' i2 g: O' T3 \# H) q" S& c
21. }
    
22. else
    - X; g9 }! D* ~' {" |
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    $ s* m' H' q: D7 u8 V
26. }

复制代码

+ N" @  X5 u1 F+ v1 o
3 J% _0 j0 W7 f) e

/ G. ?/ ~; z+ r! m* Q
  O; L" h1 ?. ?9 I- `. FiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html