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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2 @6 S+ f1 z3 ?

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
: f5 \6 s6 I, ~0 s# h- Y
$ F* k, o  q; v) [& H- ~9 B1 l

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。

% p9 H# h4 O; _  \

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。

  
  3 t/ M" z: L, u

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。

% r* l5 A: Q7 ^2 p2 c! q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)
   , s7 W* i. d& ^
2. {
   / V  }& M# ~' n; z& J8 T
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   & _  a8 s2 p' q, n' K4 o* t8 J& [
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   ! ~5 l8 T0 E7 C9 R* c! j) T2 B
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   " H3 t0 z4 _0 m# ?
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   0 {5 m: k6 o, f7 E) U& ^& B
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   8 ]- u6 o: k. a+ I
9.     int ret;
     u8 ]1 u. p: P. O$ i
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    " r! R8 n4 c: G* x; x
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    1 j% U- Z5 f. O- a: Z
13.             return -1;
    ( Q8 a2 g$ T3 @  X/ w$ M$ H, \( H
14.         }
    % x% R7 ~1 t( w: _
15.     int on = 1;
    ; l2 k- R- S; V' A' X
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 ?' M/ g$ s7 ^4 M
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    & x1 g0 S1 n; r" q( l: u
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    4 q8 M2 |" P/ }5 W" W
24.             return -1;
    
25.     }
    $ j) H( M% w7 [  A1 L8 E
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    ) D  f4 t) L9 n8 u. }5 `
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
30.     }
    . q: t1 w# O; Z: d3 O( a- f
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)
   
3. {
   # u" H  t# A. }0 D% b/ t
4. 。。。
   4 u1 y% q* R# }) o" ^" k9 R
5. while(1)
   ' l% g6 E% Y9 y. z; X8 [
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   + y: f" \6 w/ l/ }0 D
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    - O/ [/ i  [7 {* P7 D/ Z# p
11. }
    6 k5 L/ v3 `7 f% A% H4 L* g
12. 。。。
    $ I( K. c/ K+ x4 ?% s1 K2 @' y  H+ u
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);
   . W) u8 C. j# ]; A
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   ; F: m) A: Z* r  u
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;
   ' _3 k) Z5 X) ^, T4 Y
3. int main(int argc, char* argv[])
   % F8 f6 i2 ?* A( m
4. {
   : Q# c) x! O+ k, M7 D
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % N5 ^% T1 |/ I" o, ]
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   9 f3 J! E& t- E/ w" y) J
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ; n* x2 `/ @0 D, M& @4 X
10. ...
    
11.     while(1)
    
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    " E1 C3 y6 k+ [7 W6 c. c
15.     }
    
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;">
   
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" \
   . |- D* g2 j: v! u" V& E
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . U8 a7 E& e  ]
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" \
     Y2 z; T2 m* ]; d' f
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   ) m$ d1 L, C! y! E, D
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   6 X0 w5 k: n9 W2 `* D4 F) E
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   # u$ r% d0 B) b0 O  D4 z
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    7 |1 {6 o* K2 G$ k9 l1 L% p6 s
12.             "\r\n" \
    + |. D8 o1 Z, T/ E) j8 j9 D
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    ( ?/ ~/ M# O- f) L. L0 n
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 F# r2 M' n) v1 B8 A- k
15.     {
    0 \4 x* o7 ?! O  T
16.         free(frame);
    # Y* Y) y* e: ^8 J9 H
17.         return;
    / Q# r) J( P2 O) K* U2 p/ L) q8 n
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 {, ?9 @& C; @" i
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ( p( \/ ]( L- R* D- X
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
     |2 C- S2 t1 M6 D& G
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   2 d0 a, ?7 V7 q8 x( I
7.             break;
   + @+ Z+ k  `8 v$ ?9 G. u4 _
8.         printf("sending frame\n");
   4 z9 A) @; P; e, U# |2 O( a# T
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   $ i3 G* p9 L, G% E6 k, U" u/ G
10.             break;
    . C* p0 ^0 m2 H+ F+ ?4 a* U
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    , S! i& c. Z7 F
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。

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)
   + |4 `! l' S' e
2. {
   $ Q( I( U1 s" R! M
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   3 q3 C* x9 p5 n: A' A7 C7 |
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   6 w3 b: [$ O! q# ^2 ]1 D
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ) X% I* g4 f. ~- ]5 i+ ]2 y  Y
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; W3 V' x4 a2 r
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ( T; T" |( l& i$ X4 R
13.     return 0;
    
14. }

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2 P& ~$ _9 [1 `# i
. J" L1 \* y' Z5 {' F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：


  P% q% z7 N$ g4 p

1. while(fend > 0)
   # {0 ]0 ]0 I: R6 M
2. {
   & f& d9 K0 H) o0 U
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   2 }1 I3 o- A+ ~  a. L/ j- }
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   ; W8 T3 u% U$ _% h
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    8 |: Q* E- y  [; I* V) \5 m/ M
12. picture.length = fend;
    . v/ r; P  \- _. y* J
13. picture.fin = 1;
    # V' p3 v: m7 _# _- S
14. }
    1 J/ f! y) ~; f0 h( e& {0 p6 w
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
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. }
    + d& j0 E# [& C4 a" j3 X+ Z# _
22. else
    ' Q9 k: f6 ~; }4 K
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    2 z) G: t9 w! L& v) W: n7 t6 O0 O) ~
26. }

复制代码

9 j4 h4 X  [/ w& g6 q# b% h

. b1 }; ^. d. x7 ~6 V
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html