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 r+ S$ \% z. S. h/ I% d. m- o, R' E7 ]
4 h% n" s5 L( T% M

- V1 ^5 V9 Q1 m- U

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

- S' N# Q% E4 Z# c

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。

$ j7 b0 E, z) s6 B5 f7 ?3 N. k# O5 m

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。

  
  

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
# d0 t* ]9 q6 Y: E3 _

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)
   : N! N, d9 }0 b& q
2. {
   : t3 n; q( @" y  j' ]  H( D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   3 ^# j9 @$ W# L3 ?
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   : v, e; v  B3 ~, f  W0 P2 y+ d0 n
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   5 O( r8 q% ~) u6 _. p$ I* S
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ) D0 X$ g6 {7 m3 M, W% ]
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   5 J0 X  l+ V' ?, A
9.     int ret;
   & f$ D8 |- g3 ]) \8 b* x5 Y1 z) ]
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    : H9 x( {( R% u- M# S9 D3 W
11.         {
    # q" G" t6 A" j
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    / u9 X; N5 p' ^& `
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / T$ V3 ~. l% d* G* N$ b; h
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ' L' F% E  p8 R+ a) s
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    5 @$ ?- M8 t$ c" |* s7 }
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ) k0 U" N" o5 y$ W6 R0 O7 {9 C
24.             return -1;
    5 v2 A# ^1 `( N4 I0 k! c  i
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    3 L1 B& `" f* [8 _
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    6 N" q) J7 G4 l% L6 O6 O+ R2 g
31.     return 0;
    7 k7 _% }' e8 H' @
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. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   # C: B4 i' o( B
6. {
   $ Z; ^3 w: V7 f9 F
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 |$ }9 {2 {, u' K
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ' W7 [$ _: D. G5 u, E9 M
9.     。。。
   / j+ b$ `- E( Y; R% {. U5 d
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);
   . ^7 B8 l6 n' t, B2 W# v, t
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   9 B2 _5 _1 k( T1 [
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   7 i+ R+ ^" |2 [; r* i7 x& ^1 V+ Z
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;
   % D3 k# R# T7 T4 X, G$ a5 _5 {; K3 R
2. pthread_cond_t pct;
   3 ^% r; K  Z" c( \" K: u# q/ Y
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / ?" [/ m9 n) B
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   # x/ C' u2 ~( G& |( T# V) S
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)
    # A* R: v) B: o
12.     {
    $ U: Z. G" N) d
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    4 k. L; W* x+ [( a$ n0 J9 ?; e
15.     }
    ) e) U( o0 W# g3 S2 \! I- n
16. ...
    ( \  a' I& O/ u8 |0 s3 K
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 @9 A. Z* n6 Q. m$ B( w8 V5 ~! J
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" \
   , J/ H3 w2 y' M1 ^, z, z
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" \
   , K  }: N1 `1 Z& c) s) J# I7 j
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" \
   + K4 a  E0 t# T4 {& l% n
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    . k( r$ R) m" c( B2 D0 w
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    0 ?. A% [* n7 B
12.             "\r\n" \
    1 v; \! o9 }9 A
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    8 X" Q% W: d% S" {. H# y
15.     {
    & _3 D% b+ F9 W) o/ O
16.         free(frame);
    ! S: K2 l5 q, @5 ~/ x& Q
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" \
   % n% Z2 G; X, o& k
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
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");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
     \4 o* U  W) Q; R) d+ B/ g8 y* q
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   7 P: T! g6 k; Q. j3 u; C- X
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    ; _1 _0 |8 p3 _: Y, F
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    1 c9 N% V+ q# D! `/ l
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。

: m. i' L/ A* z8 Y& {

5 o  l! j7 H' S( s, D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)
   9 Y/ S8 u7 G5 Z* b' ^. A
2. {
   * y5 @! Z* T5 f
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   7 s6 Y# p3 \9 ~8 V) |
5.     {
   / L: g4 U$ R* w6 _2 Y2 t; p+ u8 Z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   2 n; o! v! ~0 o
7.         return -1;
   / A/ q) |5 Q) ?3 E# Y  |( C
8.     }
   " s/ C2 v  S0 @/ z8 u+ Z
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    : w; F6 a0 ?6 J+ b5 h
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    , Y% o: w! a3 T# ]8 W% a9 I  F) j
13.     return 0;
    6 R9 p) r( b0 T3 [0 X
14. }

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+ p0 s' g9 ]2 ]8 A
+ z! k9 I, a% d' w" }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：
5 D( h% F. F3 d# n7 F

% @2 M& @$ d, z# w! `

1. while(fend > 0)
   : O/ K7 e6 v) g" L8 L9 d
2. {
   $ b- b/ m! T* Q
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   5 n5 q  G8 {$ l6 ?5 L! g: b. C3 ?
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 R% ^" e3 F6 }% A
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   - F, I, |, V, n* q0 W! a
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   1 l7 S5 w9 B; Q/ J+ `
8. picture.fin = 0;
   # K# d0 {- m/ _/ B% ]
9. }
   2 U$ O5 r# z9 p* t+ N
10. else
    ( O: E, h- |/ B/ N) J
11. {
    7 \8 B$ d; |' @6 E
12. picture.length = fend;
      i" L% Q5 E6 x6 f
13. picture.fin = 1;
    ! Q4 J8 p- k4 }3 x& ^: ]
14. }
    ; G; S( {1 X0 p) S1 f" |' g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    . W9 y7 V4 ?) {2 r
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    % F' J* Z/ @  \/ x3 g
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    ) I$ U9 O" o8 T) f3 b3 I
21. }
    8 j: \" p+ r0 |
22. else
    . _# Y) M/ q  ^- p. [
23. {
    ) X; O0 ]$ v4 I# A  S7 i+ l6 W
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    . R4 t! e& h$ e/ D' a9 z/ K: H3 H
26. }

复制代码

  U+ @0 s& A1 T- K- j. Z

8 j6 O$ Y( x8 W, J
* k4 r/ h; z1 v' {% IiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html