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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5 c5 L$ h1 A" R5 P) k& m" a( T
7 F2 D) [5 T1 p3 T  I$ N

% d' C6 z  n7 T; P8 E

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

3 M9 X3 R5 V( X- O9 X

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。

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。

  
  # a$ p6 l4 h, c' `+ i8 `, C

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)
   * S. D5 |+ p/ @, Q" q$ o
2. {
   ! y  [, y# l& ]6 N0 C. R
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 \3 |) D2 F/ j2 ?( S( Y, d7 P6 S
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   4 ~8 T( S3 l: M. s3 R
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)
    
11.         {
    ! O: K; Q6 L/ q( |3 y
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    * K# j& d# x: R2 X2 X) i8 p6 x1 \
13.             return -1;
    
14.         }
    , @4 v$ U  C% {8 M. ]1 n$ S/ u
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    7 o; |+ g4 i) M5 ^1 E% h# q; b
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    # D1 O. [7 ?1 ~( c; k* t' k1 d
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    " u0 M5 q6 }3 g& V! H% k
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ! D* {. [7 k1 d% F; w
24.             return -1;
    ' O  l7 W3 {3 V6 u
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    2 ?' y! Y9 Q4 |# m' U
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    ; R0 B2 G% s  b7 r1 X# m
30.     }
    + `' ^6 ^  K% ^; C
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);
   7 O- u1 H9 i. v. T
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   : \' w7 M4 h1 ?4 H5 M  m
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   , c  @$ v+ S' y5 F" C4 e& s8 x' r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    , d- @; j2 b- ^; z) o- R. J
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 c5 r" `7 S/ x+ O: l) V
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;
   8 H& ^4 |$ ]8 `6 d, s
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
     `$ U/ V# j) V; o
5. ...
   0 v3 {; p) p" g
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. ...
    / ]: ^) n& V5 A2 @" \
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    " A0 m0 O! R) ]9 E
14. ...
    * n5 w/ M' s. J) t, U& k2 L" ~
15.     }
    4 Z& O1 d% R3 Q2 n/ y
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;">
   8 n7 z1 _3 m# u
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" \
   ! k/ H/ K5 P. ~  i6 T% D7 M( P5 k6 v
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" \
   $ m2 z  [, I$ d  j9 B
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   - T4 V! h  ~% m' x. F5 p/ R* I
7.     printf("preparing header\n");
   . r8 j8 B: c5 A9 n
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   ! w. N& G  V  q( g, R
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ( a; Y2 N. }/ n* S; L+ {
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 y; N; T  {- t- V% H& O  \
12.             "\r\n" \
    8 m3 W  v; Z( b+ P$ {/ ]2 I+ o
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 `8 ^0 }5 {' z5 G% F
15.     {
    $ }# n6 S5 z3 v' k0 i( n3 T
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" \
   6 d+ n/ S) a7 M+ }# ~8 @& S
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   7 k0 U: K/ C( x% b! ^9 W; ~& @
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   / B  f& T0 a5 {% o! F+ ~
7.             break;
   . M* g# Y4 Q8 H0 V; Q
8.         printf("sending frame\n");
   ; y, ]0 @4 ~6 a6 ~# Y: H. W+ N
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
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>

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。

* g' H2 T1 p/ L! d; u' o4 m

1 L2 {" B/ t  {) D2 h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 x9 Q4 N) C0 G9 Y6 \8 [9 A
2. {
     b' l& [+ z, `& ~
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
     u* |0 l4 H0 u" F" |1 g
5.     {
   6 }. t5 b# w# P; Q8 Y* B! x& _# J
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   ; a% p. c' ^% r4 v/ |0 m8 o$ H. m
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    0 n5 Q& f/ x, W9 W5 U- D7 d% O- E& C, @
11.     addr->sin_port = htons(port);
    " y# E% L4 M, }2 L# g. l
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    5 Z" p6 h) L! L7 r1 m! z
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

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：
1 q/ W( R8 h& ?9 _' o2 F

1. while(fend > 0)
   ; f! @% K8 d1 _0 f4 Z  Z! Z. b
2. {
   7 U1 Z: w1 y, k0 B# ]; o
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 E# Q, o" f' i/ J9 D/ \
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   " t' `4 ]- a3 \" A: o
6. {
   4 f& H0 J/ G' o0 j$ C2 {
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   ) q) l; N2 a3 F, o# I
9. }
   1 S2 z  L, o' O, K, \; ]# F* @, b
10. else
    . r% l3 r$ s+ N5 Z9 j1 F6 I8 k
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    # Y" Z6 j8 y0 N  G% D% }- T0 [
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    / J6 M7 s' }# ~
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ; Y9 N0 F* S: C- e0 x8 X8 @! _6 h
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    9 x: I, x5 ^% h5 `
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    0 |% ~: K4 B+ f% A' U2 ~0 q& m
23. {
    % \4 o0 y) k) \2 F4 Y7 x
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

( a+ k0 J" F1 q; E$ o) @
; S# a8 f! }+ W  O

9 J# s* [5 Q: C0 J7 U: x
9 w, [& @4 T# c. o. Y7 K3 ZiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html