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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! E% R% Z, q6 o) k8 O& C% h

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。

2 O% z9 Q6 Q+ s. I5 c

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。

  
  " I% k& e" G5 `4 S2 d

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

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)
   0 ]* c$ P. k+ D
2. {
   + A; k- v3 B2 b$ i
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   # b& p3 Q/ Z2 s5 Q( y! \% x
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : W0 J: ~0 _( i7 `! k" T
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   8 f$ k7 v- {" ^% h2 L  B( q  \
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    # V0 D/ D: Q# G, i. v
11.         {
    1 H/ D9 t) W) W% G( |& S- o- L: a
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ; i# `( [6 u: T3 m: B1 r
14.         }
    0 y& `  W' b+ C9 P
15.     int on = 1;
    % E7 [2 x- }  p' W
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    % I% X/ e4 y! h/ ^4 q6 h
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ' r) O0 W5 \. |% r
21.     if(ret == -1)
    3 _1 E' w5 o) C) ~
22.     {
    # n9 C. \5 x0 x$ M/ w; ~* |. s
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    1 z/ Z" Z, H* S) h% }: j  w. N
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    + p# F# }: ?) j+ {
29.             return -1;
    4 v4 s0 F- K% u$ s' b$ n
30.     }
    
31.     return 0;
    4 y5 u, a2 ^+ Q- G; ?: ~
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);
   & U; W# `( c/ ?  _
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   # b5 I! [$ ]# X! \
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    # V! X. R6 G/ n5 Q6 S3 q# b' G- J
11. }
    - I  B" k) h& R" E7 J  L+ \: X3 r
12. 。。。
    / A* v& o5 p# M8 w/ U1 _
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);
   + r* \! e5 `+ n/ q( a% [0 F/ N
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % @. h9 M2 b" C5 I, y: f
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;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   # G* Q- I9 T' a7 ]9 ?' P( }% i
4. {
   ' }, m' h0 p- D6 R8 C" e3 ^
5. ...
   % O  v! R6 S1 u9 m  D+ ^1 e
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   4 |& }% F2 l5 ]5 u  z0 g" u: L5 u
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   , X4 L% n! v0 ^! V3 X
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);
   $ H  l3 P* j. l2 e
10. ...
    
11.     while(1)
    0 X- ^5 q! ~3 @8 k
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    1 [5 i: _9 S, j5 K
14. ...
    " |  J, W$ {$ k+ A* q$ Z2 M
15.     }
    
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. </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" \
   ) D1 Y5 V6 \9 G; @2 D! B  H6 G
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" \
   - Z' j* x" }; u  W3 M
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   8 S9 V. [- v' k
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ; B7 ?% b: Q  V- M% g- M
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & r8 y2 `& z3 k
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   3 x( M: Q2 ?) R; o
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    4 ?0 `4 `% r; s: z; P
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    & k# X# ?/ ^6 s
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    - V2 }( w8 T/ k  j7 O2 D
15.     {
    1 W- u2 t# u2 O
16.         free(frame);
    
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" \
   
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   # m# G, y! M) h  m
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   6 x. ?) v1 a6 B7 X2 \' u% L
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   2 Q% B) j( l, {
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   * C. @5 g  P4 q- |  c6 c2 y+ w* _& C
10.             break;
    ) W/ r+ E, p$ h2 L
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    " L& x$ x4 L9 U1 P; P
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。

' O) ^6 f+ w, {8 `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)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   5 j- M+ R. u: P7 D
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   % s, h6 v9 B) t) Z8 c3 u( S
8.     }
   
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);
    # l4 P+ v7 ~+ t9 s. Y
13.     return 0;
    # q7 ]4 u- t- s' U
14. }

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6 z  t% u2 l, y# B# x2 l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：
$ w; K6 {# b" d7 P: F$ R$ ^6 ~& @' Z* l

1. while(fend > 0)
   0 l6 {/ k$ U# T' S* r6 w% D
2. {
   " c1 j+ A* S5 y/ _
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   + R7 @9 J1 U4 x) x
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   + ~1 D7 T. z1 y3 h3 m5 \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   2 O5 v) G, b* m' q$ m& t6 o. ~
9. }
   # p$ H8 l. ]( ^5 G
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    , M( ?% f$ f' x
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , ^4 u6 l! B5 j+ k6 i7 P1 t
17. if(sendbytes == -1)
    # l2 w/ e5 x7 |8 G* W! s
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    * r4 ~3 ?5 ?4 \& K  J& x/ z
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    $ V5 V: ~( B. X" f- i! Q/ v
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    6 A& b: N. L4 G7 u% Z0 d
25. }
    
26. }

复制代码

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