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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% Y+ K, Y& f* Y! p
! P5 G6 X8 H/ i- I* G3 U

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

' i0 m) [, R5 f' H8 J8 x) A  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。

6 I$ F' S: X: e6 r/ B

# x. ]: r5 ?7 X' Z! Q

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。

  
  : F0 O6 a0 h1 s9 d

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
& O" R8 p1 Y; u! N0 c4 C7 p

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)
   % `. E% y& A8 t. J
2. {
   & D5 {' C- b* C! s( |# v0 U9 ?
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   $ u  \( \% [. W3 c
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   7 }- k: b4 `% Y
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   + u5 @: y$ _# Q0 y
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    7 K; |- J4 E/ I; p* p, @% c
13.             return -1;
    
14.         }
    / T5 r* R# a- _6 S
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
      L5 Z8 S: }  y, H
18.         printf("setsockopt error\n");
    - X2 s8 ~$ c- v
19.     }
    ! I& b6 f7 L% E" v# I- q' U
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    / \- d; D1 ~+ ^; g
22.     {
    0 F& I* o' Q0 b# R# F
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    , o1 w0 t  T9 X) c2 U
24.             return -1;
    
25.     }
    ! K  u& b0 q: ]# T- [
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    : t$ A  P( |, M7 V/ u3 w
27.     {
    / z5 A4 t7 N% S
28.             printf("Listen failed!\n");
    
29.             return -1;
    
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);
   # Y; O+ m  [, J; s
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   2 R; G* Y- j1 @/ T  K
4. 。。。
   $ }3 X8 P' n) Z0 F
5. while(1)
   
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   4 Y3 S" H& I  {, a8 z
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   9 }4 c6 a, P. E- }# b$ n, P, ?; o
9.     。。。
   
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ; V* S' s  R+ g8 q& I% |7 E& Q+ Q
11. }
    ( {! B( x- g: ~$ X) g) h7 b6 Y2 r
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;
   * F& x: k% L2 N8 K+ a! \
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   ' [% G6 P4 ~, d0 K, M
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;
   # ]# J: \9 X1 I6 w
2. pthread_cond_t pct;
   4 v7 p3 |0 x' w8 G
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   
5. ...
   " M9 H, ^, |9 Z: S+ s- e8 u
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   2 k/ r4 d5 q& K5 A
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   8 J) g$ T& _- `& @' v6 X
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   % D. M# y( r$ U8 i5 U& j3 s
10. ...
    
11.     while(1)
    & t5 d% h( W0 b6 G1 B* Q
12.     {
    ' m5 L  g2 c0 b- p" ~3 ^% N4 e
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    . |# ?2 i& K  Q  C
14. ...
    . N' N& P; ]- }$ V) T" C
15.     }
    
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;">
   $ U! A5 O4 F! m; {+ W1 ], C
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" \
   ; A/ y( k" V+ {) [5 ]
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" \
   2 }+ q" O7 c' S  D+ ^
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   8 s% g+ _, [9 K7 q& A, |  v
7.     printf("preparing header\n");
   ( J4 s3 Y# R0 t
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   2 n8 ^' }3 M2 ^- Y( i! l, `* U
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   : ?. O( ]( g1 \" C6 }7 F0 a
10.             STD_HEADER \
    
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    1 U5 h6 J( J2 c- W
12.             "\r\n" \
    
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    + q8 k. E, v6 h+ f9 H. i  l& Y  Z
17.         return;
    + O+ u* W6 F+ i3 e* m4 R
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" \
   $ T1 _1 P! T$ P4 l2 v/ _
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   4 Z3 p) _  Z% E7 T5 Y& ]9 M0 c
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   
7.             break;
   0 d/ C$ C; y2 F
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    8 ^! g; ]  L3 U- Q
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    6 Q6 I( O$ n- h3 l* V. q
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 u# h, \* N( x# M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. {
   / F! x+ c- q) K- m" a4 s
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   0 A7 e1 b4 {4 g
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   . K$ U# F. \3 Z" z
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   
7.         return -1;
   
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   0 T, j) [* w. f
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    / f/ L7 p+ p: [- D. k% C. y8 F
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    ' Z6 ~" m& p2 W& R  E
13.     return 0;
    7 [" I* N! d( |- C$ e
14. }

复制代码

2 b+ \5 }& P& o4 Q% i0 X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( f* h5 f% R9 j

: y% g9 T1 s& R  a0 k

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   6 h2 e9 P( Y" }7 ^2 T% a
6. {
   7 M- v1 z8 }) k( m8 m
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   . g/ p( k. ^/ u" h0 a  H0 |* L* k" R
8. picture.fin = 0;
   9 r' C# e) t$ V+ r: \
9. }
   
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    3 p% `1 N* f% s' }) I
13. picture.fin = 1;
    # X# Z/ X5 z& C5 J2 m
14. }
    4 e: t* P: P+ P
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    9 k: w& c" f# {! G0 Q$ U3 F
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    ) M9 t8 k. Z0 Q. V
18. {
    
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    & J6 Y" r% N: n, A( g4 B) @& I
23. {
    2 W5 q. ^/ j* ^. F% F
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    / b  U4 d/ e2 c
26. }

复制代码

3 p$ t7 F( Y7 l6 L  \1 E
8 |3 ^' Z  X" iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html