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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0 L0 R1 @6 Z' ~+ y" y6 E- ]

! o: e. i5 w- C1 O; D6 l8 I6 G

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
0 C: ?; O, D/ K1 m0 L$ K( `

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。

0 `$ d; x8 p( k4 z3 u+ K+ o& K

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' B/ I! u7 w; |) v2 f

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。

, w' L9 r# h4 O  S. b) J) ?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)
   5 U6 ]; ?' v4 [% w; M3 K
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   8 t0 g) h& X/ _- z* m
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   , m* Y! @5 v2 ]+ p: j: t
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    8 y' o/ @- `" h# [) T( {- U
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    7 I3 I3 q, V# h$ l* v
14.         }
    3 D& h1 q+ ^9 }) L# t' I
15.     int on = 1;
    8 `( Y8 _' s/ p# Z! {) Y
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    % O: F4 S, X, O1 G3 @
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    2 C7 ?' j* I, a7 W9 \2 L. y
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    & [; S1 B+ q+ m: E7 @+ b
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
      a4 ]: }7 N. A4 h
24.             return -1;
    3 O, F, ~$ f2 J/ `2 i7 m0 h6 X
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    8 h- u4 ~% N9 D5 O8 h- `
28.             printf("Listen failed!\n");
    : K% n* K# A7 V7 O& P1 H9 i0 }3 }
29.             return -1;
    * x' y) c5 M; m' }" w
30.     }
    * {) s- _1 s! l8 T. u7 g
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);
   ( s: [% e: y" c! g% C: C
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   & p. c. w( V4 [! @6 @8 E! p! d
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
     D! A* T, v+ ~: b
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * u6 Q: K& `# |+ J* L7 @
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);
   ) b# |* s& q( S4 P* i0 m
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   3 d. W# @9 w% U0 z" L
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[])
   1 C( I9 x$ `  u
4. {
   - [$ i5 C: `. q; y2 R' {9 N
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ' V0 z1 v5 o5 B. _! @% c! M5 W1 u( C
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   * N; }, v& D3 j! p
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ! `1 f/ k- n, O  d( V4 d4 {9 ^) G
10. ...
    8 [! f, u: M9 k# u* n, W! a* w
11.     while(1)
    
12.     {
    " Y& G9 O' c0 s" p' E. u  j) ?$ S
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    * \4 _% C& D: r) w( x5 K
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" \
   ! q, M) M# b5 u" r% b
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" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   ; ]' f' v' [8 m+ _0 g, f" p4 \' a
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   $ v) w% |7 V9 H/ J
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   4 J1 c+ ~1 r7 h6 ]8 q
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ) k' f$ j. |$ A7 A, n. k3 [
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    $ x1 B; H' d& K. P; w
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 |% n& c+ O. o& o: Z8 L
15.     {
    . p& B  m9 j) N% r$ z; y
16.         free(frame);
    / C7 V6 B: `0 E" Z1 j
17.         return;
    3 A' H; G# J+ C
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" \
   0 H2 X% a0 R9 _7 ]
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   + {8 |2 V0 b) ?" f
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   : @- C4 N6 {! [  `
8.         printf("sending frame\n");
   ! x9 v, W0 E9 v2 S4 e5 p
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   - N1 i. F. Y  ^& d# C
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
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。

6 ^( N3 N+ V8 B" a" K9 r

0 H4 y7 ^2 i, L- C3 \# r8 o7 B二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
/ F4 _) [8 {1 |3 y. Z/ A

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   ( ^3 b) S0 F( F$ `2 q
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   ! y: d" }# }5 B+ n
4.     if(*socket_found == (~0))
   , B& L: [+ E' s5 L& g2 g- w' s4 t/ H
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
     d# ^) [$ f' t) G
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    % k0 _; G  T  P& p% Z' V8 N% c
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / i4 t, R% T- b2 T. c9 C. `( v
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

& d) P- b/ N$ a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：
" U" Z' k- N& s. L$ Y9 W
  C; ], p3 F9 s. N; w' k. [% m
% s! R' v8 R0 T5 X+ [

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ( ^6 h! Z6 d) d! X1 S: ?! y
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   / P, e5 b4 ?9 G- D% c
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . a' l6 c- F" G, [9 S
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ; }0 V, y, k9 w# o$ b+ l) l
10. else
    
11. {
    8 j* w! ~1 z6 W+ ~! D
12. picture.length = fend;
    " t5 s/ ^3 l* v+ u$ ?: Q
13. picture.fin = 1;
    ' e) x- g' N6 `. ~/ l
14. }
    " k# U5 u1 [( S# t( [6 f. I& J
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    3 D# l2 t7 r2 S- Q9 k9 e3 g
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) Q; ]7 X+ [# _& I; |, X7 v# H
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    + \) D% d* P$ X) m& D4 b
21. }
    
22. else
    3 _/ w/ P" G0 k% Q6 j
23. {
    0 O, E7 l! W& w( b! A0 h* l) |
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

2 v5 a. T' m3 |7 N0 E7 N

6 L/ U8 I( M; L' H- a
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html