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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% j  n3 e  H6 h  G& K4 N1 c
+ E1 A2 J; n6 y" o  t5 g: \. n

1 O) c! u# K3 X4 ^; a( j, S$ [

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
" B; A' ~+ Q( p0 |

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。

  N+ m6 ~- K" A5 j) `: ^4 {

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。

  
  # [( F1 v0 U5 v9 H

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。

: M- H  B9 j7 c一、HTTP网页服务器
& H8 d* Q8 R& D: S

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)
   
2. {
   6 o5 N$ A! `9 k' {7 g2 N) a( a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   , I; S3 R0 p( K- s, e6 n6 Y
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   $ }9 i9 Q4 M% M
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)
    1 B9 j+ z+ D2 ~, Z/ o6 ^
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
      ?; U0 t; z& ?# s+ u6 P. m
13.             return -1;
    % ~1 R9 U0 `" X" M
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , V! e6 ^& S4 B& I7 _( Q7 `4 [! @
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    4 `5 |4 M2 J  v
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . W+ F, w# x$ j% w2 l1 G' l, O- X
21.     if(ret == -1)
    7 A; ]& ~) ], x5 `, u% Z
22.     {
    : T) l# p: b" Z# r& H2 P) Q0 a
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    / R: B8 ]0 A8 Z* R# y& q+ F) N
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    * t/ `3 D- H! S" |# S0 m" ^1 F% a  _
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    9 Z) n, L5 i9 N1 Y, s( t) O  p9 s
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);
   ! X4 S4 i: W- \8 K8 m* f( d
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   4 I$ k0 b7 ~! ?  j2 }  V
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   * p+ G, ^# c/ m/ ^/ u1 M0 v& b8 y
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 R( H- c5 F# i; n( Z& n2 K7 J
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   * Y$ K3 j/ J) f* t" l5 s- t: g; C
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);
   + D6 m' |$ t$ G! c7 G# Q: [
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
     w7 b! p; L9 V& F" I
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
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;
   
2. pthread_cond_t pct;
   ' u' t" U1 P# b8 Z: A
3. int main(int argc, char* argv[])
   % @8 R: `, ~* x
4. {
   
5. ...
   & c! t  s1 O3 V" l/ u% u$ c' Z' p- J
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   & w' e# I  P+ \3 Q
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * s) A* Q  Q- x# ?0 i% o
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. ...
    3 M0 H- B- p0 `2 r* c+ w) [8 _
11.     while(1)
    % ?5 |' L+ J: A4 p! k
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
      Z# z- t1 [$ z, s8 R
15.     }
    $ a# q- M, o' i1 N0 r
16. ...
    & f3 P) j* k. \) P, a
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;">
   4 Y$ U/ ~/ l5 s, c
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" \
   $ W1 K1 d6 a9 K8 l/ L# i- Y+ ~
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" \
   1 A1 H  p8 b9 W7 [
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   " z$ V; Q' L2 y- Y
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   % v$ K2 r2 {8 Q7 ]: Q
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   - k4 H( p- J1 K$ U  M
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    ; R# j* x" x$ T9 o/ o
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ) H1 W) Q! n# d
15.     {
    
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" \
   1 F1 s0 q: G0 l/ w8 c
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ! b7 M& X3 J' Q& M3 m$ X! E
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   0 S8 G7 L' N6 S
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ( y1 }0 _/ x: p! b" F0 e
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   , q1 r4 `* C  {( @# ?- Z) i
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ! f+ b4 K& J3 j; g
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    " Y  [+ @! R+ {" U! a# c, u) }' i
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>

复制代码

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。

" k6 ^  s( e6 `6 _- B4 K+ u

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)
   * F0 b5 ]) k( |
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   & d, d5 c) C& n% X( ~+ z, d# H# ^
5.     {
     y; ]4 H1 `7 r  o/ E
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   & O! g  j& R: x
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);
    6 N% c1 l% @, s! G+ y9 U( b
13.     return 0;
    & u7 g' E! ~- h- n& A3 G
14. }

复制代码

9 X* O) I/ t' e8 d( L
. A' W' J' X7 M/ B5 @8 b7 }' s/ s8 n7 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：

, O) x3 e# N  m# I+ n) F
3 I* U. |: O1 F+ {6 R- c! n* K

1. while(fend > 0)
   : a# U5 M) X4 u$ _+ M, w0 f% S$ D# z
2. {
   " Q6 Q' u1 Y9 J- Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   ; R; R" D" v, u: c9 h, \2 [
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   # Y+ ^& n% m( x( ~5 _
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   6 v% P2 e2 s# \; H  b5 t* H$ K' M+ ^
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   5 {& ]5 r0 N( |, X
10. else
    
11. {
    9 N3 G( h1 Q- I+ q' ?! `5 }
12. picture.length = fend;
    / n# Y; f: F7 S# T. q7 }) l
13. picture.fin = 1;
    ( K: a+ j  T: h& q4 r
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    - ?& K' W/ Z" M/ ?
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;
    
21. }
    , x0 `: y9 A& }
22. else
    
23. {
      {; v/ Q1 q0 y$ D) J& w! j
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    % X$ H+ G' n+ U. K* A
25. }
    
26. }

复制代码

! s+ {# Q( W& u: `3 a

4 c& y7 A! \/ _( X) N) e* ^
: Y9 F4 I! z3 A. R- U. O& giMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html