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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( ]. o+ {2 {+ G( j0 D

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

: m7 h" c. G: s( h4 `5 K1 Q

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。

: }, `$ k/ _5 @; g& x* l9 l+ s" w

: B, F6 [% b% Z/ l" X" y3 r

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。

  
  2 F0 y7 N) V8 w- K1 M: {

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
8 f7 X' K, J! B0 p% O! f% L

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)
   . P' l' M! P' b4 ]4 ^" F
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   1 F" \: k, J" l: c5 a
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 K) l8 c5 d8 B8 d9 b
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   & F: Z# y/ Q7 @* }; g" b  U
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   $ T4 B" B1 c$ i, d+ x! X
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
      ~; |( E( L0 ?/ [- ]! f
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    - N$ C1 L; ?2 d1 O# x; y* i4 e
15.     int on = 1;
    8 B! Z+ j9 Y  Z  Z6 h8 G# w
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    + y' @- e; N) M6 }  Y* s
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    6 \8 u; e7 C0 X1 a
19.     }
    % }$ X" l! I% @; l% T4 z+ g2 x9 g
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    7 d; D9 a. h  p! z2 }, Y
21.     if(ret == -1)
    5 f5 ~! i1 n, a9 G4 F& H' i
22.     {
    6 m& i% ~4 ^1 V; {8 s
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! [$ u5 M" C: E$ |9 }/ o) }/ Q/ z
24.             return -1;
    
25.     }
    4 u. l+ d4 a& s- A
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    2 Y$ j( U: A+ X  Q3 T  M
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    $ a7 i: G; b" _
30.     }
    9 Q2 j- Z0 l: H2 i! ^! l% v  Y8 K
31.     return 0;
    " V8 q9 d& {$ Y
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. {
   4 Y6 j# z( E5 P' A, g0 I" e9 p
4. 。。。
   7 o2 a" ^) r' r( m+ n6 @) {4 o8 z! w
5. while(1)
   3 u6 d2 N  _% J* c0 h) @
6. {
   " e9 Q7 f: _3 I0 P! D
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ) h2 p* n, C/ I2 V$ ]2 T0 x
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    " t& l& s6 t) Q
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;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ; E7 q7 a; m* T. h" U" k8 L2 [* Q
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;
   8 |1 v5 n+ j: `
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 |* b' s( i, O1 o& V/ a
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
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. ...
    
11.     while(1)
    $ S. m  y1 G( E& F, A3 ^5 Q! R5 }
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    * T+ `( V* G4 j# ]( R7 X
15.     }
    
16. ...
    6 O, x- c  ~9 }, U
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;">
   0 g6 A& X8 S2 J! P5 Y4 p+ J
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" \
   9 a( P( W2 W( z
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   , p) B  V$ [: _) @' W1 v4 \  C# }
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 \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    . v# g& m/ f- [. e2 `- y+ Y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + p: ]' j: t" q( Z9 u
15.     {
    " k8 e1 n, S5 c: ]
16.         free(frame);
    
17.         return;
    4 [# L# r9 I+ p
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" \
   : v$ h! r. c$ q% M
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   9 ?: i' \, ?  N+ X2 @
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   6 T1 g$ G% G7 X; K: R) E9 o% K' e
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   6 [& d0 t1 S( n# u8 H
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   . [7 f! a3 q2 S" U+ A! c' M
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   ( h& M( S# E  I1 N. G
10.             break;
    / Q* r, Y0 q4 f  g
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    6 h( M' y" r4 z9 N% `8 U
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。

2 b% X1 l) a7 y

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)
   4 [7 @1 p0 \" A! {. O
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   . @( p. M) t# i; R* I
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   : w- n! o6 G' s& _7 `- V* @8 A+ N5 }
8.     }
   ( O9 a4 H' ^% ^+ c  [" \% A8 P
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ' P/ a; w$ e. X+ T: J3 N
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    7 q- D( H3 ~$ Y7 e' j5 }, m: m
11.     addr->sin_port = htons(port);
    6 s/ r3 X: y8 H2 e
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    6 G# Z* z4 o" j. n- G# L; ?
13.     return 0;
    & a' ~" {! H% K% ?: w: T1 y
14. }

复制代码

. \; Q" d, P( w/ V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：
2 i, I, |0 U9 Z

! \  c% {. U% W9 P

1. while(fend > 0)
   * H/ b- {# G; a8 A" S
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 `3 i. c, t0 S2 g) t. O4 t" P; w7 S
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   4 f0 v2 C1 p1 r  l5 p
9. }
   8 O0 @2 d3 B4 \1 n
10. else
    1 Q" i1 H! j2 E$ {" ~0 D: _
11. {
    
12. picture.length = fend;
    9 U2 ^2 s/ ^$ e6 @* V8 \
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ! H( q1 K) |/ ]6 D9 W  C3 @& L
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    - g' m2 ]! W" {( K/ ^
21. }
    0 r0 }$ M8 f+ [4 u& {
22. else
    1 ]' a2 `, y. w' h; f
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    : w, o2 B7 A2 y6 o+ b8 q
26. }

复制代码

2 e9 W$ y+ L' H% Q1 Y* P- K0 Q5 E0 K

1 }0 @) P, [( ^2 ]% o1 GiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html