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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2 @  w1 \; E- i9 S0 y; x
1 x% [7 }: D- K2 R* t( l- t

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

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。

( x% C4 n) {, A/ Y

. ^& r, s- a1 @# T

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。

  
  . Q. k: _. Z1 a, w0 Y

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。

* Y- f' J! [' _0 `; H1 w一、HTTP网页服务器
% z: G4 d& H& M, j/ k4 |

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)
   
2. {
   7 x' ~/ x2 @/ N2 G2 S
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   ! w) e, Q) w% I1 D
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   0 Q9 D" H% P# j7 h5 a, [2 ~% Y
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ! u6 Z8 x; z$ I3 b1 Z4 e
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    / a/ i: q" b8 C1 b9 o
11.         {
    ' z$ B9 G. e8 e
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    3 P) `- G: m0 ]% [3 `
14.         }
    " I4 j0 D& |% V. n9 W
15.     int on = 1;
    2 u# \0 Z- F; x1 N; d$ H$ m
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    , h$ }1 @9 H! T* m; _
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    
19.     }
    / z7 t! v# w1 w$ K
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    8 C; s4 _. l8 t1 Z/ E* A+ Y% F
21.     if(ret == -1)
    . V8 h/ U8 H% d" _8 G$ ?
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    
24.             return -1;
    " f% n( q0 K& v
25.     }
    ( t, ~" G+ G4 p! P& w% ^0 h
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    ( i; u5 q7 P+ Q" Y
27.     {
      V7 R7 H3 n$ {; m
28.             printf("Listen failed!\n");
    ' G; Q" U5 B3 S) Y' {" T
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);
     r5 e7 W$ b6 p' ^* |, e
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   
3. {
   
4. 。。。
   
5. while(1)
   7 o6 M; c% v# ]6 s
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   : u0 @* L4 r" r
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   ( [. r2 y5 J& \6 K$ j
9.     。。。
   , q+ r0 x9 G$ J# R, x) G( k: @3 f
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    7 y/ y% X/ {/ B
11. }
    
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);
   4 U- a$ k9 r5 W& [4 x/ `$ @
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   ! L0 i9 }5 v- F. `
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   
5.     pthread_cond_broadcast(&pct);
   9 }# B6 C$ F/ Q& V! w6 c# `
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;
   $ d6 q! G' U1 e, _' Y  _4 [
3. int main(int argc, char* argv[])
   . I3 r5 j" Y3 h) l( ?
4. {
   ; }% M& D, X- R" k
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   3 O( s) W; F- {( F; k
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   5 S) l# R6 @1 }0 B
8.     pthread_create(&tid_tcp_web_recv , NULL , Thread_TCP_Web_Recv , NULL);
   : C9 Z' b$ i; \3 g( ^
9.     pthread_create(&tid_tcp_web_send , NULL , Thread_TCP_Web_Send , NULL);
   ( R( Z* P6 x: o9 I0 f
10. ...
    3 J. b& E1 I/ R8 ~" n1 P2 o
11.     while(1)
    , G- y4 m: _! d/ I! J" G4 I& \
12.     {
    + R& w2 M/ R6 G* n9 F! G$ f
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    
14. ...
    1 [, E" C# X  |
15.     }
    2 |6 Y4 D0 g; f' A$ z! _0 X. c
16. ...
    : Z: J, m( j  c' l  E% q/ U+ s
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. </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" \
   " X5 G, r% b/ o
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. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   ! a- \$ |( E/ w- |. O" `
7.     printf("preparing header\n");
   ' r7 t$ r+ ~5 h
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    5 T2 Y4 p+ f- b' H% H& I3 Y4 i4 i
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    / r9 q: B0 l7 q  [
12.             "\r\n" \
    7 K& F; N5 J" A$ k$ T
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    3 J* y% I# Z" [) {: |
15.     {
    6 I6 H' a/ Z! {6 S2 P, I+ ^" C
16.         free(frame);
    ) m& _, t# H& P& E7 o
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" \
   0 _! G/ D/ T, l  L
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   ; r! y# Q- X- a1 z2 U, b. P
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   ' M! T* ^( ^9 w  `! [( M
4.                 "\r\n", frame_size, (int)timestamp.tv_sec, (int)timestamp.tv_usec);
   $ @7 F/ c$ S$ y9 |2 T* z- U( P
5.         printf("sending intemdiate header\n");
   
6.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
   9 r2 d) V2 C7 E" P9 v
7.             break;
   ) e, `, O9 t# D8 _% x
8.         printf("sending frame\n");
   
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   & }& `. n  s+ v4 H
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    ; @2 a* z6 j) ?; y% N% J
13.         if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    2 e% [' {# X5 x% v" j. w
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>

复制代码

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。

/ f( F1 Z8 J' O  L- F. q) B! m

二、UDP上位机UDP发送操作，同样需要先建立UDP Socket：
( J( ]: K9 K. M  F- w4 y

1. int UDP_Send_Found(socklen_t* socket_found , struct sockaddr_in *addr , char* ip , int port)
   
2. {
   / q$ n# C. m- g3 |
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   8 V8 G% N* f3 j8 q3 a% z( `" q
7.         return -1;
   + Z, @0 v+ a  q4 ~3 y: j
8.     }
   
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    9 {$ r5 O3 T3 T7 \
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    % L# ^0 `- }5 T/ p0 o) w0 n1 Z* V2 b
14. }

复制代码

( t8 e, |6 A: g: H3 O# U& ~: Q
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：
0 Y9 [- U8 C: d. ?- S
6 i6 \7 x" V0 B5 c" J

1. while(fend > 0)
   2 H" M- m' p9 e$ T5 `
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. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
   
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   5 {6 L5 ?/ a. m3 J
10. else
    9 Y/ j8 {, k! E$ f. t
11. {
    1 F# [) y9 \. i
12. picture.length = fend;
    ( ?9 ~+ X. ^2 `& B3 V5 o
13. picture.fin = 1;
    , m) s* w# f; k$ [  ]
14. }
    , ~  v& R/ z, v, m" I& y3 S
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    , Z( ]4 w* s. Q$ e3 x
17. if(sendbytes == -1)
    # \0 p' n! B  c! R
18. {
    * G; ]& T+ `5 ^2 V. y
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    7 e* U. K/ ?: ~- X) c
20. return -1;
    
21. }
    
22. else
    
23. {
    * H, T+ _" w6 g. ]8 x! ]
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    5 ?: Q5 e" e, D) S* B
25. }
    - V/ V6 G9 \2 N, e. R
26. }

复制代码

% E. m. a% n" t

0 a* ], M; l) u3 I& w) {
+ Z4 a5 O, B5 h, iiMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html