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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1 p, C5 F( D; J- [

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。

4 |& C$ Y8 T1 B6 M6 A9 M1 r2 Z' \- q% V

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。

  
  ( [, r5 Z( k" z4 J0 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。

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 Y$ P: |" l9 f! \% }, T. R* [8 I
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : X; q: S8 @- ]! p% O% S+ v: Z
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   . K' E$ |6 ~) n3 W8 g: s
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   / O9 e3 B+ C3 j, S
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   1 ?' d* |  ]# T9 }9 `9 }
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   , H' r" H# a4 s* z% J( R- P
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
      M; U& T" }; G
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    ' S, |! e$ g" F: E- o) D
13.             return -1;
    " N9 i+ X" d; R5 v  y/ p1 X
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    5 f5 t+ r7 U2 e! D; ^6 Z
18.         printf("setsockopt error\n");
    & c  L7 Q( I' q  T
19.     }
    % h' G- B9 b9 e+ a9 A. Z" ~2 i
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    . W4 t9 a6 e* I- g7 r
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % |. x' C7 [6 P2 ~2 T
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    . Q2 G4 K1 m+ |+ W7 r5 U3 W
24.             return -1;
    
25.     }
    3 g* J2 d5 W8 E% P7 G, ^
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ! {7 l9 _: l; G* f/ Y. i
27.     {
    - g$ O  I! {5 S  y$ L" Q
28.             printf("Listen failed!\n");
    1 G+ A7 S: ?  p" ^' x
29.             return -1;
    
30.     }
    1 }/ Q, b" q) a4 _
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)
   : y- B/ B' T8 m
3. {
   7 F' E- y% Z9 i: B9 A% ]
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   . S8 t4 t5 a4 K6 X1 b
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   " K; E3 X2 {; D. I$ F) J3 s
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   + c, |5 z0 A. G  U# e! i: Q# g
9.     。。。
   : d+ j4 H% @% ]0 V$ u
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    3 u8 O0 d+ U$ Q% O+ C, 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);
   " j1 E* ?8 ]* P, H
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   + h% ]) j, R7 O+ l  ]* y% V/ O
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   , S* E2 @# ?: D+ f
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;
   $ |, @0 u4 [3 @' G, Q- L3 F
2. pthread_cond_t pct;
   3 p' @# R& |3 l9 q
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   + ]$ x& G- v/ g; x, U% K& J1 Z$ S; I
5. ...
   1 B/ z$ g) r" U5 E
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   # a6 P: Y$ [. L8 A* S5 ]
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   * Q$ A4 `0 G5 z, i" K% ?
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 t$ i0 Y- w2 `# T1 v7 w) `  B
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   $ ~" h: {# T/ q0 {
10. ...
    ) S) s2 H) I7 C) x) o% U
11.     while(1)
    
12.     {
    ) }- P) ^. ^; Q6 N
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    8 F" k* G, W! n) Z! T& X" A
15.     }
    4 P: s- D7 `  |$ g4 K: b
16. ...
    : P- N$ u" X# O. B+ f
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;">
   % [# H) V' X* q, G
2. </span></p><p style="box-sizing: border-box; border: 0px; vertical-align: baseline; line-height: 26px;"></p>

复制代码

1. #define STD_HEADER "Connection: close\r\n" \
   
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" \
   * J  Y% P$ a+ I+ o  Y& I$ `2 w% t( \1 z
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   / `7 O8 R# L# T9 G
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * J/ d6 P8 R& E1 |7 |
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    9 V6 @+ Q" G% w6 s2 E/ C9 d- R7 ^/ @
16.         free(frame);
    ) o7 [) }& g$ |( _; x+ i
17.         return;
    0 F" Z" S# J8 ^& W! v" m
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" \
   ; t  [, F4 o3 i* X- p3 _) h
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ! r* T/ k' M& u! C5 e
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   & S$ t& Z* p- J* b) M' ^- p
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   6 C1 y8 g5 ?" w/ L. G: v
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   & `/ v/ u# U$ H! G
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % g5 D4 N. [6 H$ @
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。

8 E) E" [: Y' [$ y& X

) q! l6 d9 t$ b二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
, r& Z6 B- |/ }3 l0 @

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   4 n; P; L+ n  T9 V' [2 @
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   3 R- }' @3 @. }( I7 P, |% s) g
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   , a( o  r" {$ z3 ?3 y2 {" T: s; N5 s
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   ; v5 m* u! d, o: c0 k9 L; U  G
7.         return -1;
   - C- x# l9 ]$ x+ F9 y
8.     }
   " p' ~0 U4 O& a6 V4 e
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) \. Y# Z. l* K1 |# v5 O- W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    / ^& c( ]1 b6 j' W/ y" p
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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' O( O2 v8 W- ?( c- s! T
: x. ~0 ]+ N& @' N3 D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：


/ v, r; F+ R, u* S" C4 ?

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 ~. f- @- F) J
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   1 u$ r# Z& m4 ?/ G
6. {
   0 k8 c. P0 j, E: |, W% y2 g4 U7 I
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   : W' a2 S) j$ j4 {3 x; S
8. picture.fin = 0;
   ' h. Y% A5 M0 `. @
9. }
   
10. else
    . d3 k+ l( e/ ~- t
11. {
    1 @( z4 U' R8 C' J  [: x
12. picture.length = fend;
    6 g0 R. m! d( _! D8 e4 X
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    % ]% M5 a- @* P" {
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ! V# `  C3 T! J/ }% ~4 @% F
17. if(sendbytes == -1)
    . b9 z2 q. A$ ^
18. {
    & C+ o: e$ c7 S4 w) W
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    0 a( c4 u: l+ Y% X' [0 o3 Y
21. }
    " x" o9 e+ G% C- E; h4 H
22. else
    ! u) e6 O: f, ^. W
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    7 x8 ]8 V! |$ U; L
26. }

复制代码

# D* ]+ t$ H) w" o7 O9 N  J- w7 R5 w
& N; v1 \% P4 u, v7 qiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html