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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6 s; R( w2 s; O6 f! h
8 Y- u" E" T0 o( B. M5 d* J

8 M9 F; \* ?1 C3 x0 `

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

% _9 C  u' g& ^4 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。

2 q) d/ H8 S+ `  q

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。

  
  ) ~  o( N6 F6 w" h; T9 W# @

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
0 A4 J9 {# [  T( {- z

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)
   % r0 P4 Z" X. I. ~# {9 W$ `
2. {
   % x) I9 y4 h9 I. L" q3 f& u2 r
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   ! n9 E3 {) ?' L7 ~, b
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   . N  H) J' b. N6 P9 n2 C! X- ]2 Y7 ?1 l
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   6 l* O* M4 k- o$ i) S
9.     int ret;
   ) ~$ l% P3 c8 c9 H* }: {7 {/ W
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    ' b4 o9 D. A8 F: H% k
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    2 T; r% |2 f2 V6 T0 A! g/ ^
13.             return -1;
    * ~3 F. m- P. _) F( d
14.         }
    2 m7 Z. B4 ~* D! X1 a/ N7 b
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    0 k; X$ ?& _! ^( M" w* s
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    / s! n3 G. g8 c9 c
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    ; e" P+ a5 j& G& t5 Y5 L; @
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    4 S2 D: q4 ?4 \1 z5 O
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    $ B- F  m: V, A" Z  A8 j- L$ z
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    . V' o  F8 f, M$ x! l/ w+ }
29.             return -1;
    & u0 q) z9 ]0 B) @, F5 Q
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);
   
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   * J9 t$ ?; H" `/ l
4. 。。。
   
5. while(1)
   . c; M0 w2 X. u+ H" v8 I! o8 I: \4 I
6. {
   1 _, a: u5 g/ |
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   . Q1 X6 t3 ^4 C6 ]( K
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   ( T: O0 z6 M6 p+ `4 y" x
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    - t9 X. m2 p! q0 h- w) v% e
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);
   5 [1 [8 W; b4 b5 p2 Z' _
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 Y- L2 k) j- L& u
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   / n+ i3 z% D- I; E
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 @1 \7 A! p' o# N
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[])
   # c$ [( A0 |; F2 I7 a
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
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)
    - {- E" P: E3 o/ E# n
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    5 D+ I1 G9 v+ a) n- `
15.     }
    3 m: q) \# ?. }2 ?
16. ...
    - w, u( e8 H3 O4 W5 [2 [
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;">
   3 e* u! M: @3 \# q
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" \
   / x5 u3 `6 N* P: {
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   % R: A5 L% [6 B
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   , ^! J$ J5 h9 y1 h
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   - |! s6 l8 o) J" I, X! v
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   3 o. U! @6 f6 D8 c# W
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    9 Z9 M. |' T; h
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    " U- i) ^: |+ Y1 o$ y
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    " R5 I  n1 m6 Q% i
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" \
   3 t$ B( Y( H8 k7 x1 `& t8 Q. U, o
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;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   " b* S+ O  r, x: ^6 n2 \* R
10.             break;
    " {, L# K2 w+ s
11.         printf("sending boundary\n");
    9 q5 }- a" A/ d6 b: Z+ f, z! Q" Z
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。

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)
   . R; O& n$ J6 w3 ^' k% N
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   4 u8 b. ^9 q* p, T, u9 B2 |2 f; c
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   # j2 c' ^% s8 m- j- G+ H( A
7.         return -1;
   % H9 V; t% H3 b
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    & w6 V; l2 D! S' [
11.     addr->sin_port = htons(port);
    7 J5 h3 V! N' P  ?! s, K6 a
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    " O% Z9 s0 t2 e% G
13.     return 0;
    9 P3 n( \, a& d* }
14. }

复制代码

) J2 Z+ u4 I  a' I
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：
! r0 f% @: @  X' L; o
( g6 K& R. V! C8 O4 P- {4 u6 c8 B
9 n. Z8 u  r7 g5 \+ [+ P  ]

1. while(fend > 0)
   & ]9 G: }; c, x- k! @
2. {
   . _3 l# `7 i5 W: ?8 |" ]& c
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   6 W/ K; f5 H. a8 I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   5 u! \1 P) J' Y* C3 V& F) v
6. {
   3 i3 t0 n. }! @$ c7 N3 d! q
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " W' r# P9 H" B) i% \7 j8 A3 D
8. picture.fin = 0;
   8 r; ^/ c" g% R
9. }
     Z6 L1 f. N! I% g9 `
10. else
    0 h7 h& c  W$ s: C! L1 d, _
11. {
    0 ~$ S5 Y, r, x5 i, B6 I/ e
12. picture.length = fend;
    , _2 `+ ^' x0 o
13. picture.fin = 1;
    4 b' M4 l& W' }3 {
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    : a, e' u8 }) k5 Z$ A4 L  r
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    9 [4 O  }  Y: W& M
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    ; _% ~- ~5 [; s
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    / B, ~! I7 g) d
25. }
    
26. }

复制代码

# |# x- a4 [( m8 z6 u7 `* F

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