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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, @& s* v5 s& M$ P2 N1 K

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
" I9 C* ]3 |0 n8 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。

5 o! Q' a, o7 R" ~; E) X0 H

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。

  
  " O% J# r. ]. [/ y7 K

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。

" p9 t) E# c( Q4 {! Q( I9 b# m. 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)
   6 m3 F0 x4 }+ W: Q, {" S# `' c
2. {
   9 i* k( L5 T$ |1 h4 O  Z" ]7 a
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   . x* P+ n  p, E8 z; u' `
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   $ v1 `1 j* N+ o* |0 r
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ( b- s; x4 O2 U" L3 p% {0 h  c1 v
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   # G3 O0 ~7 y; ]! j" n
9.     int ret;
   6 u7 _, S- T7 G3 T) ^4 _
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    - l- L% ~. p: ^% h: J5 S- \: C6 ~' [
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
    
15.     int on = 1;
    / P% }- }; ]( B1 o6 d: V
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    9 ^% k0 V1 {3 I) B3 ^$ U2 {, I! P
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    2 v+ k2 e- P: A% a: A' ?
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    4 J/ x) V' O$ N
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
      T3 z+ u* D3 w4 G# D
27.     {
    
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    : u7 l) _( \; T8 i3 g5 o0 o
30.     }
    
31.     return 0;
    ) |) J, w/ a4 i, j9 S& S
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);
   ) `6 g; w. O4 k7 B# k" P
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   , Q7 |; n, I+ ?% V8 S6 }# r' u
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
     b9 G* j, d1 d9 E
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   5 f  W; c  b0 X8 L+ r! H% x
9.     。。。
   3 ~) d( A0 W; k: V/ H9 e
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & N9 A! R% b  k8 h  C, R  V6 I  A9 e
11. }
    
12. 。。。
    & x, l. _( J3 b. j8 \9 }
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;
   # n( M0 Q4 C$ ^. P7 U7 \
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   % y' R" \4 S- o; O( f- ~" }" I" L
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % k, m( a" X) `1 v) m. m# m# h0 n  \
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;
   % z  m8 E  z9 ^2 o
2. pthread_cond_t pct;
   0 B, e9 l1 a% C. S
3. int main(int argc, char* argv[])
   5 ?1 x% u) M# \- N9 w% ^: _/ {- e7 {
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   / J% v7 M0 V& g' t: h- d  F
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   & f1 k9 i. _' O0 O( u  c( a. Z# E
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. ...
    * Y4 `( M( }& {9 F1 x5 A( ^
15.     }
    ) s( t3 G5 ~* n) V
16. ...
    . m4 Z* ]+ [1 K& ]9 U4 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;">
   # F9 ?- ?1 s2 [2 o6 ]6 F
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" \
   
3.     "Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, pre-check=0, post-check=0, max-age=0\r\n" \
   , s1 r+ P$ q6 e
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ' w5 e  b- p9 k5 F4 z/ X. J
7.     printf("preparing header\n");
   + k6 @# d* P8 H; O! Y0 y
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   0 ?8 G2 i2 ~# ]9 y
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   ; c1 r: s# T5 T, ?$ P# F( o( s/ C
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    * y8 j  o* l2 u& P/ ~
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    : r( g9 |  G' ^; y
17.         return;
    8 R+ S2 L! |, J
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" \
   & q/ o: z. l$ @3 w6 X4 _1 c
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   1 V1 k/ ~3 Z; F7 Z2 H
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   $ F. i) c: [- c& X$ \, F4 A
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   ! o" t8 M0 F1 E
8.         printf("sending frame\n");
   2 B( W4 Z8 G8 a
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    ; E3 c! ^9 h) x5 T9 S# Q
11.         printf("sending boundary\n");
    * p& }) E* s1 I$ c: 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。

* x' [! R9 U. j

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
% u2 R$ r6 R' O' E

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   / b7 |5 S& Z8 O! t0 i
4.     if(*socket_found == (~0))
   $ f) n1 V$ o6 U, C) j3 ]4 n+ q
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 W8 K. Z/ l/ O; {0 G& T( E4 u3 ^, }
7.         return -1;
   / h' |  K9 r- g0 D* T! J
8.     }
   ; |5 t9 Q' ~; B& D2 |
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    2 E! s1 E- ~* }
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    7 X& a3 H  ~# U, k7 ~# P, v/ O
13.     return 0;
    
14. }

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+ x0 F8 r* K- W  Z4 K) Z1 p5 W  ?/ O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：
3 u4 W3 a# ^# s3 k# }* K) ?

1. while(fend > 0)
   % A8 \, ?6 V- R5 m# C* m
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / ~' \; A' q7 F0 P
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   2 _. i' t) K- G, e5 K: }6 f2 }, q4 W$ N
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    $ ?, c; u+ n  b% h8 b" @
11. {
      k1 O( \* R$ \! ]( p
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; y7 O% I+ P/ `  p$ N+ [
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    ) i* B5 \% l* q7 T- E
17. if(sendbytes == -1)
    & y9 N% B2 c' g5 x. _. w% @
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

  \1 Z: M% B8 ?% `0 C0 d
7 q5 m1 ^! k& i6 `

0 [3 j7 r# ?0 J) I& F
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html