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 F8 i( f  Z3 C7 Z5 V
* M1 ^  y! P/ l) U

" H8 Q! G: S* A

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。

  }  r" s9 |& v: j/ F1 d

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。

  
  * B% Y5 k* [' q$ V

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)
   
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ' C8 Q" p) Q5 d/ i2 N, q3 i
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);
   / |3 d! o: [, d4 }0 z
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   ; W0 _  c/ y% B5 O; F& l* b
9.     int ret;
   1 r$ J4 P/ L; v
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    7 z7 m# j+ i( ?) J* N& F9 G
11.         {
    0 q4 t1 [) D( R% {
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    % e7 q3 p" E0 A( ^# G
14.         }
    : c5 ~6 E6 @$ u7 r0 E7 p5 e
15.     int on = 1;
    ; p3 v1 p* d  d
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ) r  E0 t3 h% T
17.     {
    % K5 s+ Y6 }' I
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    3 s+ X% L+ Q5 M1 {
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    . h0 {& }* l* z/ }2 A4 Y6 z; w, S+ C
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    8 q3 Z% b0 F) ~$ H% `
30.     }
    / A. p( l9 [. W
31.     return 0;
    6 F! I) [( G2 K1 i* E
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)
   $ O5 }  D& H; \* `; \+ j
3. {
   2 F) o5 H  G+ P. ?$ @. D
4. 。。。
   
5. while(1)
   $ y" g% h$ p( L' z+ g
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 i8 W* P  B5 G2 ^
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * ~) x% T4 b1 k* A. i
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    ' K" D4 A1 a/ X5 Y  r) O: s& ?2 u
12. 。。。
    2 X, r9 T3 l; @/ ?- Y
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;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   - D& L9 K' a( c# ?& h( x
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   8 x, N" P6 V& z; g8 _! h, m
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;
   9 E6 r8 c5 C8 B. R" a$ ?+ g" o. d
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   ; j) D3 X7 I" h( A
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   . r  x. N1 d5 q8 n& B# K' e2 C. f
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. ...
    
11.     while(1)
    9 y' N0 _2 }% f1 u
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
      O; H: T' n4 j% ]
14. ...
    
15.     }
    
16. ...
    ( j0 ~& \# |: U9 j6 J
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;">
   / A# y/ d) S/ G2 j. q" n% q
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" \
   3 L) y! r1 _( t2 v9 C9 n
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   9 h) |) f" o* c1 ]5 z
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" \
   0 ?4 F0 Z1 @% O# Z! }9 ]1 _
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   + N- N9 M. s) q% y  b/ R, e
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ; D9 W. W+ j8 \% W+ J+ C" i
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   9 T2 T5 q( K- Q& @) }' V7 a
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    % \: ~/ e9 W# Y+ u
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    ' o8 |, U. y5 v% x
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" \
   ) ?$ r) ?9 M% P+ `  w
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 T8 n; _0 g2 a$ H
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   * A3 }3 o1 b  x% [. K5 l2 F" q6 o
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    2 n" z( I  m4 s; c+ _# t2 ~) R4 K
11.         printf("sending boundary\n");
    ' Y6 b1 c& g2 ]6 F& a. m
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>

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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 x( v5 }  Y$ k9 R+ R
2. {
   & [- k  p" N" G
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ; V4 u- {" i, I" w( ~7 l
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   4 [& M/ X! e" {6 Q: A- ]) e' M
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    + G% ~9 Z1 |8 a6 M
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

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5 T5 o# D) Z# w6 |* B5 ]( @6 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：

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   % A  W  T( ~1 I
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   & R2 D$ i+ V! }" ^1 \0 Q! u- h
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   " l& ?4 X! k' d" x6 l+ u5 s
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    ( J/ [: p, q* n& c1 Y
11. {
    
12. picture.length = fend;
    4 Z- h& P$ y1 z! }; r! P( O8 r
13. picture.fin = 1;
      V- r/ o7 A6 `( \2 a
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    5 a2 U# S5 a; V- C
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    ) k( w( P- j7 b1 @; v
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 A: j& Z- j" g- E
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

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: }" J; u& c0 G, x2 N

$ H' M1 Z; n, E2 [5 Z6 R7 f! @- C
, {. s0 H# \# R( `0 F2 UiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html