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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( z* ]" F! `# d5 L8 `6 P% ^

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
+ Q0 h) M) A* q

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。

  
  * K1 Y1 X) p7 [2 y0 ^2 ~

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。

# a" X: O! M% ]2 Z" \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)
   % z$ |, v! `! C& Y
2. {
   
3.     struct sockaddr_in servaddr;
   7 X& z6 a4 D7 L9 U, b* D) }: C
4.     socklen_t addrsize = sizeof(struct sockaddr);
   
5.     bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
   8 m. \, c/ O3 _
6.     servaddr.sin_family = AF_INET;
   
7.     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
   ' u' ~5 b1 x8 o, |
8.     servaddr.sin_port = htons(port);
   
9.     int ret;
   
10.     IF( (*socket_found = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    6 x9 h) ]! i+ `' A
11.         {
    
12.             printf("Create socket error: %s (errno :%d)\n",strerror(errno),errno);
    
13.             return -1;
    
14.         }
      y. g. l1 X4 r
15.     int on = 1;
    
16.     if(setsockopt(*socket_found , SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    
17.     {
    
18.         printf("setsockopt error\n");
    1 H9 Q- ]7 g  U2 o" D9 z
19.     }
    
20.     ret = bind(*socket_found , (struct sockaddr *)&servaddr , addrsize);
    
21.     if(ret == -1)
    ! f& ^& I3 q. O7 R( E- i" W' `
22.     {
    
23.             printf("Tcp bind faiLED!\n");
    : V4 B% H! s. k7 i1 x
24.             return -1;
    
25.     }
    
26.     if(listen(*socket_found , 5) == -1)
    
27.     {
    9 M! |5 R3 L: `9 f0 L# ?" w* O* U
28.             printf("Listen failed!\n");
    : e6 R6 i( {& `. Z, l) n
29.             return -1;
    
30.     }
    
31.     return 0;
    " N, R5 d$ T8 x( m9 A) D7 j7 x5 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);
   + ~! ^! P1 v( t
2. void * Thread_TCP_Web_Recv(void *arg)
   ' j* U6 J; A! t7 v6 s! T; y! V) t
3. {
   " a0 B3 Q; q& g( i+ _9 |$ P+ x. p
4. 。。。
   
5. while(1)
     J4 _4 ^" ^3 U" w
6. {
   
7.             fd_socket_conn = accept(socket_web_server , (struct sockaddr *)&sockaddr_in_conn , &addrsize);
   
8.            printf("fd_socket_conn = accept()\n");
   * l- |+ X. p0 A3 Z; c4 _+ k% q/ c; z' N
9.     。。。
   9 w6 o& d# ^2 z% @0 `
10.     recv(fd_socket_conn , recvbuf , 1000 , 0);
    ! K1 ~2 H9 ^  T7 i0 i6 ~0 e" U9 A
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);
   
2.     pic_tmpbuffer = pic.tmpbuffer;
   
3.     pic.tmpbytesused = buff.bytesused;
   3 T- k3 W/ m' x9 E' a
4.     pic_tmpbytesused = pic.tmpbytesused;
   3 I5 a2 g- ]2 Q! _+ @- }
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;
   & L. F" W9 u8 G! h; _
2. pthread_cond_t pct;
   8 B' @8 t: z4 l  r5 i
3. int main(int argc, char* argv[])
   
4. {
   . I$ e, M8 u& L' l7 f! @2 X- G
5. ...
   
6. TCP_Server_Found(&socket_web_server , (char*)argv[2] , PORT_TCP);
   
7. pthread_mutex_init(&pmt , NULL);
   - y# n) ?, B! z$ Z- O
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);
   ! F4 k6 W9 D5 ~" \
10. ...
    3 I# _7 s4 o9 R. e3 ?; `
11.     while(1)
    / @& g$ f2 L- m3 g
12.     {
    ' |! P  o, N2 e! d; n% E+ E' T0 Y
13.         V4l2_Grab_Mjpeg(false , MJPEG_FILE_NAME);
    6 D- g& N/ E2 j# y0 `
14. ...
    5 j5 D% T( U7 t2 o
15.     }
    
16. ...
    , e9 D. Q$ n# C' O/ k9 j1 l
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;">
   + S( K( {  T* O) Q& j/ ]; d7 w
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" \
   $ t5 m* X+ }; u+ j9 V% L2 z4 I
4.     "Pragma: no-cache\r\n" \
   
5.     "Expires: Mon, 3 Jan 2000 12:34:56 GMT\r\n"
   4 Y7 v' H5 N, X; \4 X, {
6. #define BOUNDARY "boundarydonotcross"
   
7.     printf("preparing header\n");
   , R3 y  |& D% f- x
8.     sprintf(buffer, "HTTP/1.0 200 OK\r\n" \
   
9.             "Access-Control-Allow-Origin: *\r\n" \
   
10.             STD_HEADER \
    ( i4 F5 @$ V0 P; `& V3 V
11.             "Content-Type: multipart/x-mixed-replace;boundary=" BOUNDARY "\r\n" \
    " Z. S: O$ `) o$ X4 P3 q& |
12.             "\r\n" \
    # \% O8 J3 W- \; S# P2 Y, |- v
13.             "--" BOUNDARY "\r\n");
    
14.     if(write(fd, buffer, strlen(buffer)) < 0)
    
15.     {
    
16.         free(frame);
    
17.         return;
    ) }& k9 f. O7 m
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" \
   # ?4 d" ~5 w" v
2.                 "Content-Length: %d\r\n" \
   $ B+ L: I, |' ~& o8 R
3.                 "X-Timestamp: %d.%06d\r\n" \
   & O; w! e% o* j* N
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)
   1 v# X/ ^$ _, z  g% T
7.             break;
   * p; x7 n4 h7 k9 s) s+ H2 C
8.         printf("sending frame\n");
   0 j- q4 V5 a4 V' I5 a
9.         if(write(fd, frame, frame_size) < 0)
   
10.             break;
    
11.         printf("sending boundary\n");
    
12.         sprintf(buffer, "\r\n--" BOUNDARY "\r\n");
    # ~) P8 Q7 t4 I' D
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。

1 L' D) s: g1 V

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)
   ) S0 t7 e/ J& I( b& E
2. {
   2 i, S6 T) ]& P' h
3.     *socket_found = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
   
4.     if(*socket_found == (~0))
   
5.     {
   ! V- e' y8 L' p+ M
6.         printf("Create udp send socket failed!\n");
   & j2 ~7 C8 T) h" Y5 w
7.         return -1;
   0 N# k9 N  u% ^
8.     }
   ; r! ~/ Z1 u5 t: i
9.     addr->sin_family = AF_INET;
   
10.     addr->sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
    # v: |1 h& u. r8 O0 C2 P
11.     addr->sin_port = htons(port);
    
12.     memset(addr->sin_zero, 0, 8);
    
13.     return 0;
    
14. }

复制代码

! _' p6 h2 p) f% Y% p" F  B9 m: c
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：
) n% N! I: y2 A, @
7 ?. F( n6 y2 R% v; ^  H4 S2 M! z0 ~

1. while(fend > 0)
   
2. {
   
3. memset(picture.data , 0 , sizeof(picture.data));
   / _: k, b/ o. n# p2 C; V& R/ K) C
4. fread(picture.data , UDP_FRAME_LEN , 1, fp);
   3 j7 n$ M* i5 E, w1 P3 U# e$ Q$ y
5. if(fend >= UDP_FRAME_LEN)
   
6. {
   
7. picture.length = UDP_FRAME_LEN;
     U, v0 J: g$ |- q; D; W6 R
8. picture.fin = 0;
   
9. }
   ! Y4 e  I; ^5 @' C: c. j- i- ^
10. else
    
11. {
    
12. picture.length = fend;
    # T, h' x& C6 [. a
13. picture.fin = 1;
    6 L0 C  b  Y0 A; `& A  Z' _& G
14. }
    & q0 k" I, t4 P; W- |) D. Y# T
15. //printf("sendbytes = %d \n",sendbytes);
    7 E0 |$ y6 h) k$ N# W+ R" a) f  p
16. sendbytes = sendto(socket_send, (char *)&picture, sizeof(struct Package), 0, (struct sockaddr*)&addr,addr_len);
    
17. if(sendbytes == -1)
    
18. {
    / m# H$ W$ r9 K2 \
19. printf("Send Picture Failed!d\n");
    
20. return -1;
    4 Z, Z6 J. a" j, ]" ~
21. }
    , ]" I  Z8 l2 R1 a
22. else
    
23. {
    # g/ `- q* |% D" i
24. fend -= UDP_FRAME_LEN;
    
25. }
    / L. ]6 U3 ]7 Z
26. }

复制代码

0 H: C( x% E+ }# S) x
" U$ Y: Y% f( x# ]

4 q% Y3 j0 o  X  F* V
iMX8MPlus 核心板： https://www.forlinx.com/product/136.html