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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* d3 X$ H0 [& C7 ~, b2 F4 E8 B
! @' y2 ~' W' {

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
9 x9 q6 Q& T, G3 f: N0 l) j

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。

9 V: o/ l9 p6 P% X" o

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。

  
  ) D! S1 h5 M# ~; f

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)
   & J: W3 x" o, a# _, ?7 M
2. {
   # z( Z9 h1 y0 _5 i$ C
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   + }$ N9 s8 J6 T2 l7 [' i
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   0 T0 e% o& M( I
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    - f  E- ?5 y2 J& v+ ~3 _
14.         }
    * g" D  [2 y/ Y1 i5 ?. ?1 m
15.     int on = 1;
    , w$ D+ Z* S& z& B8 [# N% D
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    - T: X3 P# E7 t5 q$ }
17.     {
    + B; J  |# M( A! ?
18.         printf("setsockopt error\n");
      w" o# z  {4 B4 G
19.     }
    : w% l- V# L1 O( ?) q6 ^
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    / K, G$ P# I% `" H6 ^
21.     if(ret == -1)
    1 \5 X# j1 e: ^5 E+ h% b3 ]4 a
22.     {
    + ]% i1 x1 s5 q: ]3 n. J
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    
25.     }
    . N/ V1 J6 C9 G$ s, @9 N
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    5 Y+ k$ ]0 J- Y/ t
28.             printf("Listen failed!\n");
    9 V+ q; R$ I8 ?) o+ R% \+ A
29.             return -1;
    2 _6 x0 q( p& {" b( o7 r! l
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);
   7 g8 B" M+ ?, X/ e' t, T6 x
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   * e3 {# {2 [2 p7 |7 M
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   6 _8 A! Z; D3 a. i6 K, a& _
6. {
   % @3 l" W1 w8 ?8 v" L4 O8 Q9 f& w
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   5 E+ r' F- J9 s) l8 X( Q
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   $ I2 B* v: M/ g. T* M- a/ H% Z
9.     。。。
   * I7 n) X: Z* l) O0 M
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    & |: m9 N* O/ n9 S, z% s3 O
11. }
    
12. 。。。
    : w* {6 E0 `: C* u; N. h
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 F4 G/ w# G2 k0 t. v+ G0 I
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ' _, z5 s6 p  N% |$ i
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   + ]. a  s4 F3 L( Y
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 l0 u' c( j7 d1 U1 r6 B
2. pthread_cond_t pct;
   
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   $ y) [$ w1 A2 a; t9 c5 K
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   ; [0 D3 m& l: D- i+ a7 D# S
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. ...
    ! o) C, L6 N9 T+ h  N
11.     while(1)
    8 l% i, e" C) T/ v! k2 W
12.     {
      O2 }8 L+ O7 b6 [  o7 _% t1 ~
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    $ w$ Q: q* Y' J5 Y5 t* E
14. ...
    0 _" d" p. c2 @  A* _
15.     }
    ( Q, C; E% v9 J2 v: T* \
16. ...
    + W5 ?2 ~& _1 b
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;">
   ! G0 A1 q$ X2 O% l
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" \
   5 X0 ?; j. T  A
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"
   , J# E# Y6 l* ^
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
     b2 s- v2 f) M  f
7.     printf("preparing header\n");
   
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   . I+ }1 P7 ]  X) w: {% w
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    9 [* Y  r: J* r& W' c2 ]
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    $ M, n- e) X; a
15.     {
    % F& @& [) ~1 T8 p% O3 W$ d; ?
16.         free(frame);
    5 ~* E3 k! U8 |7 _
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" \
   ' w+ q# ^$ {, S5 m% m
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   # z6 w. [% }$ o1 l% [4 [
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   4 j! \3 R" h$ o% V
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   # G9 u4 W0 Q& h7 g3 ~7 ^: I
7.             break;
   * S& h" t  u8 g
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   # T% O  n7 N, s  @1 f
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    3 {0 J5 N6 \: |7 h: Z3 }7 {( a. l
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 s+ R5 w) J# M
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  {! a3 W# U( ?; e1 I/ 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)
   
2. {
   * S3 M6 X6 d0 e' o9 y
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   " K7 ?/ v% c" E& N
5.     {
   - J) R  u9 r6 w* i7 |: F
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   + _. x  f  I# m( Y
8.     }
   ( a& d4 D) ?9 i; O6 w, v
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    ! b. C$ v9 `7 [; U, ]! B! C
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    . e' m# ~$ `" V' t3 k8 m
13.     return 0;
    % v- V, ?! D2 [7 m5 @5 D0 r
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：
( K: }/ b. Q. T, P

1. while(fend > 0)
   
2. {
   ! t: G% n" y- z) p5 o8 x
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   9 r  Y6 i  E5 L
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   
10. else
    
11. {
    - f! W$ X/ U9 f0 E
12. picture.length = fend;
    9 X& A7 \) R8 X- W
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);
    + u; k% ]( z% E' b
17. if(sendbytes == -1)
    # v8 k, V- u) r- W& S
18. {
    ! H. c" j/ e* K/ L9 \  b
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    2 P3 G, T! i# `  G- J
20. return -1;
    4 k  o( i) o! A1 r  _" v# n
21. }
    
22. else
    
23. {
    
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    8 [3 B* y$ C% O6 n
26. }

复制代码

. Q; D4 _+ b5 v3 O, W4 w

9 V3 F# m$ K+ X( `
" Q/ q& y& x' s% ]- qiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html