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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/ ~: c' J# E7 r4 S% I

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
5 g  d, B8 a; `. T, i' j9 u0 W, t! Z0 V

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) `8 G. x- S( B

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

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. {
   # |7 T3 B' K& @" c! _  i
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   $ w6 D( D0 w4 V/ s: z8 F+ @
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   " D# U# L; @1 m  p8 \* K1 k' g
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   ; K9 J# p" u; V
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   % V* p$ ?! |+ R$ T+ u) W/ `
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
     U: ?! V  A0 |! P3 t& p& K5 H8 w
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   * j: O- I/ w" r2 a; z: a
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    9 ~) a9 Q) V" I* }6 W3 Z1 W
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    ) q: _+ p/ v# ]8 \, `0 w# i! S9 R
15.     int on = 1;
    7 ?! l* F  t, V7 c
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    4 M) n* \" {' d, Z4 X
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    4 U: l* v9 a& _! ~% X2 u" m
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    ( C( F) y) c. {. u! B& S
24.             return -1;
    $ x( a6 R" T+ t
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( j1 c% _" _3 z# w. i2 C9 q
27.     {
    8 ^1 R- n; p# C+ H' l/ F
28.             printf("Listen failed!\n");
    ! F! `1 a* Y6 Q# R: v' R7 \
29.             return -1;
    7 Y8 U% [" i. C
30.     }
    
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);
   % J' b/ W2 @1 V: m% R$ E
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   4 b7 K9 \# K' D+ q2 H. K8 r
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   1 t1 K% g8 r% S0 ~- k
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ m" `3 o6 o$ w
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    4 Q3 `. o+ f6 `/ J  V$ k& s, j
12. 。。。
    * W2 Y  b( z* A5 |* K7 ?* I0 z) Z
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;
   5 |( O$ E0 E3 [  s
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ; g: L2 s+ h( q; x2 s" f( c/ l
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 Z( E7 x: Y* c/ @7 j
2. pthread_cond_t pct;
   # j8 _9 R. T: m) l% \+ R
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   7 e  b* ]) V2 S2 A, s% c  r
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. ...
    * g5 F" C; e' ]7 o3 f2 l9 d: e1 ~5 c# T
11.     while(1)
    / x4 D9 S% l3 w) `) K
12.     {
    
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    0 ~9 z4 a; z$ [# j+ P
14. ...
    
15.     }
    & T0 t: o& o9 s* _, f
16. ...
    + P8 r& O: j# q7 L6 O# }" @$ H
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;">
   . l' T' L3 e2 L; s
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" \
   
2.     "Server: MJPG-Streamer/0.2\r\n" \
   . x8 t$ B  N# F$ s
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   , T1 n% V0 Y8 E  W$ F$ T( O
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   1 Y) m; T0 u( z: x9 C/ t
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   6 B; u0 U1 f1 A
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    % o% E+ h7 ?& g7 b" g6 M
12.             "\r\n" \
    2 a" c, z  ~% U& @/ w: l/ W+ |
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
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" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   " S7 @) K2 G. H3 Y7 V! d9 s
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   4 Z- Y& A; F4 d/ A8 j5 \
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   $ A( r) O1 H& ^& }: C2 j
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    " l% W: d- h# C. k
11.         printf("sending boundary\n");
    " ?% t! T! O' G% M
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    ( S, E) O9 S& D, U) \  V
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$ v% |+ K- ^$ J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)
   ; D! ~7 ?9 K9 q$ V, Q
2. {
   9 R: ~# V# L5 r3 y: h) o; ?
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / d9 i& Z' H4 [" _8 |4 {
4.     if(*socket_found == (~0))
   $ t( A# ?, Y( p9 d: S: d# ~0 i/ R1 u6 ^
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   3 I" W( Y6 c+ p3 t$ a
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   ; G% I5 Y% }3 Y: Z& q. g- d
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! I! L6 O) [1 Z; ^  z. K$ f
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    3 m. j) U  R1 U. s# e
13.     return 0;
    
14. }

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. ]. `% E5 b" j1 L# m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：
' t1 O. {. P, V- s! D+ p7 L
3 M, |3 ?7 K1 b1 y
3 Z. E3 `( j" M* ?/ q. h& g' X

1. while(fend > 0)
   
2. {
   8 Q! H" q/ ?* o3 A! v! p' a
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   3 T1 \, y3 s& l5 @
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   $ v. f: ?- |+ q+ Q; K
6. {
   + D& n% U% U& z: u$ ^
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   5 @( y  u$ o2 }, H
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # ]% R7 [8 r8 T. Y( R% ^& \! I
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
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;
    % ?3 u" y  K2 r. G8 q6 W
21. }
    : }: r( y& n8 T
22. else
    ( T1 ^$ I8 G7 g
23. {
    2 @8 C3 z# c3 J' S- J
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    ( c$ U" g0 Q% }; `8 e: P
25. }
    : R! h5 @+ k3 ~* d
26. }

复制代码

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