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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. W" |: k6 e3 @+ o7 C

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
  g- G0 G9 R- \. P; P/ D% s8 T3 r
8 p. H" M  Y- b$ S6 F

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。

0 n& \7 ^4 X" }; ~/ ~& n9 x

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
5 s/ F9 b5 u9 G1 O

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)
   $ v6 \+ }# b3 j
2. {
   ( ^& H% J6 ?4 \0 ?& L
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
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);
   6 u7 [: \+ }: R6 `& O0 Z. j
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   1 h2 q0 ^  F6 I  [. N$ T$ @7 P8 ?
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    4 ?; P% K1 b, c# O
13.             return -1;
    
14.         }
    ; ^3 A/ _, h& n8 T/ u, f6 s
15.     int on = 1;
    " G1 A# g* H( I2 v; ~- K" D
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    : ~" F7 `- k  D7 R) z. I8 s
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    " M+ A; w! l0 m, t3 _9 q
19.     }
    # f1 V1 `- b$ i! w2 T. y
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    % n9 b$ K; I, a
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    0 U$ `; T8 j8 p. d8 i* R
24.             return -1;
    
25.     }
    9 d6 O5 D- Y8 P4 ?( B
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    / F: l, C5 m) _+ a% V, u& N# j1 g
27.     {
    % U% ^- `5 k3 W% {* w! ~( N1 f0 d
28.             printf("Listen failed!\n");
    + e9 C* c+ T. D" P6 p5 o: z6 r) E- ]
29.             return -1;
    
30.     }
    ! J4 g- f2 V$ ~# [
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. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   - u* y: w8 p, L& v: s3 m
9.     。。。
   6 q( C+ ?6 e+ G: J! a
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    
11. }
    
12. 。。。
    4 r3 M  s: T+ C8 M" o
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;
   : x8 f8 {2 j6 D  g
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   % w% B( Z+ j* C3 _1 v7 O
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;
   0 c* _: C, p$ w2 C- e
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   2 ~+ e3 h$ b/ t' j6 [5 n( K( x" b
5. ...
   " X- C& G1 U7 `6 F# H6 S
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);
   1 S% {9 q# V( c# ]; c- K4 p
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   : b& `' F5 g7 {
10. ...
    
11.     while(1)
    - n1 k; f8 E' x% F9 O
12.     {
    8 a: N: f: I  _: }% y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    # D3 q% c3 @$ H1 n
14. ...
    
15.     }
    & x* p7 K; v( f7 ?
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 s/ l4 ?/ Z( T9 [4 J9 E
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" \
   
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   6 P! @1 v  e6 w
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   # T, z$ t: O# U& y1 i
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   & p0 H( \! A( L) i" S0 Z
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : {1 |- y0 N& q5 M( C3 Y
10.             STD_HEADER \
    6 D! y5 c- Y( K
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    . V1 {' v% u8 F2 ~0 g3 ?6 I  S
12.             "\r\n" \
    # ~& L$ |1 W1 ]9 x2 ^
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    1 k7 g; W/ @9 n* y
17.         return;
    5 t5 S- f. O3 {0 l, \, ]
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" \
   & r/ O9 c: I* O- U' z- G7 ^1 j
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   : y2 e5 x5 h! K; Z% H
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   9 `4 y  o) T4 c
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   . i9 }" P; ]9 \" o% i
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   , J8 x9 Y/ J! u/ ]
10.             break;
    8 c# s- M$ S0 d% A! i: ~- [& a
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
      I* y7 J" L5 C% j
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。

: c. Q  X( X: G0 U$ E7 k% T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)
   % j5 ~' k! S* u
2. {
   
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     C$ f/ V- ~7 m, q
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   , j% v8 C- f& N8 Y7 z+ H  G
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 b; f8 n4 E" `1 T% M( M$ W
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    - V2 G% F9 b3 V% f& W
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    / c8 {' Q& V6 Q; r4 t' }
13.     return 0;
    , i! r$ h( K& G1 n/ [) o, o& P5 B
14. }

复制代码

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：
* Q7 `: \+ c5 F  s# w/ L; J. x
+ e' K  e7 ], k# R: Q  T7 n( a% z
7 L( R( O! i) I8 _, p9 l

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ' Q; c- g# X2 s8 g
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   1 T% O' T: N& d
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
     m. [1 n) ^# q% ~( I+ i8 w
6. {
   4 m4 S& R5 t$ L' M  E: ^# _
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   : w+ @+ F+ w  H9 [4 N
10. else
    ! t/ F& q! q) [8 {
11. {
    ( o+ k! L2 x" t6 e! }' E# H
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    
14. }
    : H6 s) z" h" U( m+ d0 g
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    ; q- y: h; m2 d% s3 f7 s
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ; y4 u" [6 c5 y" _: z0 p
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    3 f6 ~7 J. \# M, N& g2 w  D
20. return -1;
    ' K2 m  G% M# {8 ?1 U& Z
21. }
    8 R* S+ ]( \' B
22. else
    " b  S- _* s% c. c" W5 ]) x* Q; D* G4 j
23. {
    3 k1 A+ Q8 p0 F+ ]
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    4 y  p, @4 Z# c. s4 F- O" S7 I6 F
25. }
    - `' y9 z0 T9 }7 H) K
26. }

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  Z8 m5 s- b8 a3 Y6 {/ C

5 B3 _: C# i. A/ R8 D$ h7 z/ M: C
2 e8 r  }( F5 f; J' W+ GiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html