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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! D& \) ~3 W5 b% [/ E& A/ u

; B$ E2 a+ U$ r- F9 F

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
! M& e- }) J- a) ~+ S. M
; j# k5 N; W4 h. d$ I

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。

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。

  
  / e$ w9 G3 t* ]- r0 O* O1 d, E

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。

. s0 |( W- @/ [1 |8 N一、HTTP网页服务器
" {+ b- y! \$ `" Z3 i0 d

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)
   9 B" D7 A" r6 ]% k
2. {
   : B) i/ \+ L1 \1 C4 D
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   . g3 o& m! O+ g9 s; y+ Y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   3 ?2 Y; E! W# \1 A. u
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   7 m9 r9 z0 R9 Y& d2 H6 O
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   5 y  r% v, o, k0 W& q
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    % v2 v. K/ u5 C5 S- x
11.         {
    & r0 X0 C# i; t5 w* [
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    0 E4 _" U( r0 o2 U3 ?6 M8 H# t
14.         }
    2 W% @  i. J2 [3 v1 v' F
15.     int on = 1;
    - O0 u* `6 }7 l( [9 h
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    3 B6 Y4 q+ v7 R% t. O* [
17.     {
    : Y- A  L$ F. H: u4 Z
18.         printf("setsockopt error\n");
    / q4 H! l1 X3 s
19.     }
    8 D1 J& J; Z: u! L; i" j
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    9 M# \5 r( F1 o$ S+ a9 ^) o% C
24.             return -1;
    8 |& P1 n: v2 |
25.     }
    7 |: [$ `1 v6 L0 f
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    0 n4 k4 J+ d+ P3 z
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    / b- {  X6 P; }
30.     }
    0 L! w& g7 L0 g! @4 m' B' {
31.     return 0;
    $ y0 l7 }7 r7 }9 Y$ c
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);
   & _0 J. h# p8 Z, i& s0 @" s2 m
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   , Z- @- O9 {  v" ]  B
3. {
   
4. 。。。
   0 ?- H7 d* p* V) s
5. while(1)
   # ]' l8 F; Y! J
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 x) A; k5 M4 t/ @! s
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   , V7 C4 d" \0 _/ V- i: r- t) z
9.     。。。
   7 v% e6 {' [9 i8 Q9 A- L" f
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    $ }+ E. ?- T& Q
11. }
    7 M) F+ o6 R4 n. r8 s3 z
12. 。。。
    
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 L0 q: H$ f0 |& w
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   4 z5 F4 f( ~/ z( _8 i
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   , _8 V; ]9 h" z6 X: h
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   ; Y, T: H& D! j9 J+ ], e
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. int main(int argc, char* argv[])
   * g- X4 H6 q" q' z$ k+ l8 o
4. {
   
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   % I! I+ f( d0 Z
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   5 m9 O% x% {8 z' T( L
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   : m: W/ \  j9 O
10. ...
    - o# o  \) i# \# j
11.     while(1)
    % |# e" ?4 m( I  h
12.     {
    - v! b7 b( G$ t6 I. s
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    1 D& }- {& A1 w9 v$ Z% F2 Y
15.     }
    
16. ...
    ; t/ b( ?7 G. O1 z, c
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;">
     z( l) M4 Y; ^; K) H/ ]
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" \
   7 Y+ V% }; m- T" ^4 u, z- i
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   . R! ]- }$ P/ O: t2 P) }+ s6 c8 F+ K
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 \
      n( w3 R5 W) G5 `$ j/ @. r' q
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    4 l7 \6 D9 x& G3 y+ `
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 Q1 ^& L) O2 q4 W; ^
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    8 Y* i; G' q' z& v& A4 G+ a
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" \
   " X4 c+ R! ^9 c7 E6 ^. }
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   - R1 a  C, s2 l
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   ' P: S) W- H6 K5 [
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   ' }. ~& E) n' ^
7.             break;
   
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    9 R9 W1 S) A# \/ A( Q* H
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。

2 A( K, G" T. n9 E# }; D% a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)
   
2. {
   . J7 |) I- Q4 ~: p, G
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   # R9 k( B$ I* R; h& P3 ?/ ~% u8 |- t
7.         return -1;
   # G+ Y- O- i+ C. N" {
8.     }
   2 c, k/ I( W! s
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   2 H; l9 R, u% G5 s; f% }
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    
11.     addr->sin_port = htons(port);
    ; t* `! T! L# B0 F" T6 Q8 X
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    1 N" S2 N$ H# }
13.     return 0;
    1 P/ i5 g" d9 d
14. }

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/ y3 \, S2 c4 v! g5 u
/ w! Z# C! `% j3 j' i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：

/ s( E, |: i6 ^' S. ]. U

1. while(fend > 0)
   . k( O: r/ H/ q6 m
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   6 k0 E) S) `  \' p
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   ' D+ S( u. C" X  \1 U8 P
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    + c! }1 y5 s7 }% `9 d$ Y
11. {
    
12. picture.length = fend;
    
13. picture.fin = 1;
    4 _7 t7 X6 t8 B9 p" z/ Y- [
14. }
    $ j  L: D) p( t3 H7 F' C/ [4 [0 y
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. {
    2 l6 w; C- G; o
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    1 n1 H, N% [: W5 O
21. }
    
22. else
    ! Q) F$ P6 i: @  E
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    
26. }

复制代码

, e8 o  ?" h; r7 T

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