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 r' M+ C6 f( `" `2 H7 Y( G0 s
: O2 w4 u& G5 o" k( d

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。

& I: V( p; s* s: a: m' Y. I1 ^

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。

  
  8 ^, w* z$ S7 k( G

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。

$ ^, l; P5 T1 D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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   5 j0 P9 W- y1 F; d! g" |7 e* j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   $ \. H; P9 \2 j! @" @/ i- u
9.     int ret;
   - `7 q/ n- S- T) Y3 _! y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    2 u. U) M( h/ \% v
11.         {
    , u( j7 {1 r) B  G6 t* ?/ k
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    ( ^  e0 v6 D* y  ?8 l
14.         }
    
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    6 e* `% Q) e  S( P' J& X3 }# h# v
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    9 o5 k, q4 {- C7 E
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
      d6 r. R1 B3 p
21.     if(ret == -1)
    4 C9 H& n9 g6 z- W: B
22.     {
    - P5 V0 d/ I3 j  E+ R/ f
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    6 n1 f/ o- _5 I* L* c) A# c
24.             return -1;
    / e  m+ m" ^+ S
25.     }
    ; d: p, v: O$ r& U
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    * I8 x. s- m1 H5 p. [' `
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);
   1 h+ H: P' u9 @: _
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
     g) k1 z% J2 R
3. {
   ) }6 z+ ~- {6 B! l/ A# n
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   2 x. ]1 e& d. ]* w2 \+ e/ S
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   : c9 o* Q4 I! w# }
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    , z  ^7 n8 V) G6 o
12. 。。。
    5 _) p, J6 I' [0 k
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;
   : B: T8 B3 z; U" _$ u8 f
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   7 Z* i5 A$ G/ k+ Q
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 ^  o% b0 Q5 u3 I+ u  N0 Y% ]6 W
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[])
   
4. {
   ) T# m) n& {( F
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   8 t% X, X' ~9 Z- O8 E  x$ @( i
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   + |7 ?' f+ V! I: e- x8 C
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)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    
15.     }
    $ ^! z4 s7 Y2 a/ I# n* J( E
16. ...
    ! u$ X5 I0 N. E5 N: F. G8 |
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;">
   ' e( K( R5 M3 o+ 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" \
   # M! g, v8 L9 Q5 u- J7 k$ B6 z. g
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
     o" ^- P7 n( [
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   8 t* G  L$ C. @' U& o
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   7 j8 g6 V* @; z/ A; a9 G+ E% |2 X
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   8 f0 i4 c# l4 u" T; N7 t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   , L1 C" B' V( G; Q
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    5 n" j" w/ ]) _* B6 U
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    & z" o3 r/ d" b
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    : ]+ R) ^! \8 e) w. P9 q$ L& d0 ]9 x
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    # ]$ H# K$ o# \
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" \
   8 z$ Y1 b4 _! P# x. {( p
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' m: w* T( q8 N2 ]0 d
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   * J. U1 O# ~) U( k6 C- {- H, C
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   & {4 J. p; I/ ~1 m* Q: y  E
10.             break;
    $ G# Z" ?. n  n
11.         printf("sending boundary\n");
    3 J% z8 _& `( |1 ]
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    % l+ J6 g. b# |
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    + s2 E# U0 j+ ~; Z5 i
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。

( u) Z$ U5 _; x% H( i& [8 ~; J  h! W( D

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
' k+ o# F: E! {0 A; k5 d

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   8 `5 j5 L' }$ q) K- \1 a; x
2. {
   : |: \* J/ M( \, V% N) I( \4 N. F/ P
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   : Z1 o; @, N5 i* {' |; G
7.         return -1;
   * n8 |# D- ~& c6 K( A- x$ o
8.     }
   : L( \3 T* ?$ B' H
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);
    , T2 n8 r" |3 Z9 u8 P% v" f4 i9 E, ^
13.     return 0;
    - D+ e! ^$ r: _% V  {' J
14. }

复制代码

' b: _5 j; I3 T! `1 _
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：


4 g/ J' p# w& Q4 H4 O' c

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ( `+ D6 t8 S% Z' z. z
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   ( ?- I" a0 Y  g7 y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   + P( D- S6 T$ L+ F
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   & e& v6 h* O, S+ p: J$ U
8. picture.fin = 0;
   ; h7 ?6 _2 d% R" S" I: B
9. }
   $ l& T1 S) f6 O& j9 @% Y2 P( C
10. else
    
11. {
    4 f9 ]+ l$ i+ M/ X- g
12. picture.length = fend;
    ' F5 j  R6 c& G; j  P) {& R
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    $ R# L% o9 n: i! `+ A1 `. E8 |
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");
    + C' j1 `0 l6 g+ @
20. return -1;
    
21. }
    0 O5 q! C, a9 s
22. else
    $ J  J9 i! e/ g! M
23. {
    5 A$ L3 W1 V. w7 L/ _
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    3 J' E% E/ W) P3 i/ J/ `" c
26. }

复制代码

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