之前參與的萬能視頻播放器項(xiàng)目采用了多媒體GStreamer開源框架，在最上層業(yè)務(wù)層通過連接各個插件形成一個pipeline來完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求。但之前沒接觸過GStreamer框架，所以從項(xiàng)目的前期預(yù)研開始，就從GStreamer最基本的概念開始熟悉，逐步解決項(xiàng)目中遇到的多個問題。本文根據(jù)此次項(xiàng)目實(shí)踐，對GStreamer多媒體框架做一個相對全面的總結(jié)。

1、GStreamer簡介

GStreamer是GNOME桌面環(huán)境下用來創(chuàng)建流媒體應(yīng)用的多媒體框架，其基本設(shè)計(jì)思想來自于俄勒岡(Oregon)研究生學(xué)院有關(guān)視頻管道的創(chuàng)意，同時也借鑒了DirectShow的設(shè)計(jì)思想。

GStreamer是用c語言實(shí)現(xiàn)的，使用了面向?qū)ο蟮乃季S。GStreamer框架是基于插件和管道的，所有的插件都能夠被鏈接到任意的已經(jīng)定義的數(shù)據(jù)流管道中，數(shù)據(jù)通過管道機(jī)制進(jìn)行統(tǒng)一交換。GStreamer的很多優(yōu)點(diǎn)來源于其框架的模塊化，使得新的插件能夠無縫合并。

GStreamer能夠處理任意類型的數(shù)據(jù)流，其目標(biāo)是要簡化音/視頻應(yīng)用程序的開發(fā)，其最顯著的用途是在構(gòu)建音視頻播放器、編輯音視頻文件、音視頻格式轉(zhuǎn)換和流媒體服務(wù)上，GStreamer已經(jīng)能夠被用來處理像 MP3、Ogg、MPEG1、MPEG2、AVI、Quicktime 等多種格式的多媒體數(shù)據(jù)。

GStreamer核心庫函數(shù)是一個處理插件、數(shù)據(jù)流和媒體操作的框架。另外，其還提供了一套API，用于程序員使用其它插件來編寫他所需要的應(yīng)用程序時使用。但是，由于追求模塊化和高效率，使得GStreamer在整個框架上變的復(fù)雜，也同時因?yàn)閺?fù)雜度的提高，使得開發(fā)一個新的應(yīng)用程序顯得不是那么的簡單。

2、GStreamer基本概念

2.1、元件（Element）

元件是GStreamer的核心，是具有一定功能的基本單元，可將其描述為一個具有特定屬性的黑盒子。其在代碼里面的類型是GstElement，可以理解為Gstreamer里面的基類。Gstreamer默認(rèn)安裝了很多有用的元件，按照功能上的差異，element分為以下幾類：

（1）source element 數(shù)據(jù)源元件，只有輸出端，用來產(chǎn)生供管道消費(fèi)的數(shù)據(jù)，例如，音頻捕捉單元，它從聲卡讀取原始音頻數(shù)據(jù)，供其它模塊用；

（2）filter(/filter-like) element 中間元件，包括過濾器、轉(zhuǎn)換器、復(fù)用器、解復(fù)用器、編解碼器等，其既有輸入端又有輸出端，從輸入端獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理之后傳遞給輸出端，有的element可能有一個source pad多個sink pads（demux），有的可能有多個source pads一個sink pad（mux），有的有一個source pad一個sink pad，例如，音頻編碼單元，它從外界獲得音頻數(shù)據(jù)之后，根據(jù)壓縮算法編碼后，給其它模塊使用；

（3）sink elements 接收器元件，只有輸入端，僅有消費(fèi)數(shù)據(jù)的能力，是整條媒體管道的終端，例如，音頻回放單元，負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)寫到聲卡上；

2.2、箱柜（Bin）

由多個基本單元組成的一個高級的功能單元，是裝載元件的容器，可以通過改變一個Bin的狀態(tài)來改變其內(nèi)部所有元件的狀態(tài)，Bin可以發(fā)送總線消息(bus message)給其子集元件。

Bin和pipeline的區(qū)別就是pipeline肯定是bin，但bin不一定是pipeline，bin就像一個盒子，里面放了什么東西，功能具體是怎么實(shí)現(xiàn)的，用戶可以不關(guān)心，bin是元件的集合，而pipeline更強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的可執(zhí)行性。

2.3、管道（Pipeline）

最高等級的Bin，是一種允許對所包含的元件進(jìn)行安排（scheduling）的普通容器。頂層（toplevel）箱柜必須為一個管道，因此每個GStreamer應(yīng)用程序都至少需要一個管道。當(dāng)應(yīng)用程序啟動后，管道會自動運(yùn)行在后臺線程中，下面是一個典型的pipeline示例：

2.4、襯墊（Pad）

不同Elements之間的鏈接點(diǎn)，數(shù)據(jù)流在元件之間流動就是依靠Pads。Pads有處理特殊數(shù)據(jù)的能力，也就是其支持特定媒體類型的能力，一個Pads能夠限制數(shù)據(jù)流類型的通過，鏈接成功的條件是，兩個Pads允許通過的數(shù)據(jù)類型一致時才能建立（數(shù)據(jù)類型協(xié)商）。

Pads按照數(shù)據(jù)導(dǎo)向，可分為source pads(element的輸出)，sink pads(element 的輸入)，按照時效性可分為，永久型(always)、隨機(jī)型(sometimes)、請求型(on request)，三種時效性的意義顧名思義: 永久型的襯墊一直會存在，隨機(jī)型的襯墊只在某種特定的條件下才存在(會隨機(jī)消失的襯墊也屬于隨機(jī)型)，請求型的襯墊只在應(yīng)用程序明確發(fā)出請求時才出現(xiàn)。

Pads通過GstCaps對象進(jìn)行描述，一個GstCaps對象包括一個或者多個GstStructure對象，一個GstStructure描述一種媒體類型，其結(jié)構(gòu)中只包含功能集中規(guī)定的固定值。

2.5、能力集（Caps）

Pad的屬性描述，例如：

  SRC template: 'src'
    Availability: Always
    Capabilities:
      audio/x-raw-float
                   rate: [ 8000, 50000 ]
               channels: [ 1, 2 ]
             endianness: 1234
                  width: 32
          buffer-frames: 0
  SINK template: 'sink'
    Availability: Always
    Capabilities:
      audio/x-vorbis

2.6、幽靈pad（ghost pad）

bin本身沒有pad，所以就沒有辦法把兩個bin鏈接起來。但可以用bin中的一個元件的pad構(gòu)造一個代理pad，這樣bin就有一個代理pad了。這個pad實(shí)際指向被代理的那個單元的pad，示例如下：

2.7、Bus

Bus采用自己的線程機(jī)制，負(fù)責(zé)pipeline線程和應(yīng)用程序程序之間的通信。每個pipeline缺省創(chuàng)建一個Bus，應(yīng)用程序在總線上設(shè)置一個類似于對象的信號處理的消息處理器，當(dāng)主循環(huán)運(yùn)行的時候，總線將會輪詢這個消息處理器是否有新的消息，當(dāng)消息被采集到后，總線將呼叫相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)來完成相關(guān)操作。

應(yīng)用程序有兩種方法使用Bus，第一種是使用 GLib/Gtk+ main loop及gst_bus_add_watch () or gst_bus_add_signal_watch()事件回調(diào)函數(shù)機(jī)制，第二種是程序通過gst_bus_peek () /gst_bus_poll ()主動檢查Bus中的消息；

2.8、緩沖區(qū)（Buffer）

管道的數(shù)據(jù)流由一組緩沖區(qū)和事件組成，緩沖區(qū)包括實(shí)際的管道數(shù)據(jù)，事件包括控制信息，如尋找信息和流的終止信號。所有這些數(shù)據(jù)流在運(yùn)行的時候自動的流過管道。

緩沖區(qū)包含了你創(chuàng)建的管道里的數(shù)據(jù)流，通常一個源元件會創(chuàng)建一個新的緩沖區(qū)，同時元件還將會把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳遞給下一個元件。一個緩沖區(qū)主要由以下一個組成：

（1）指向某塊內(nèi)存的指針；

（2）內(nèi)存的大小；

（3）緩沖區(qū)的時間戳；

（4）一個引用計(jì)數(shù)，指出了緩沖區(qū)所使用的元件數(shù)。沒有元件可引用的時候，這個引用將用于銷毀緩沖區(qū)。

buffer的創(chuàng)建有2種方式，一種是由當(dāng)前的element自己創(chuàng)建，然后把這個buffer傳遞給下一個element；另外一種方式就是dwonstream-allocated buffers，就是由下一個element來創(chuàng)建要求大小的buffer，并提供buffer操作函數(shù)，當(dāng)前element通過調(diào)用buffer操作函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入這個buffer中完成buffer數(shù)據(jù)傳遞。其區(qū)別在于buffer的創(chuàng)建是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑炊薳lement創(chuàng)建還是在數(shù)據(jù)接收端element來創(chuàng)建。

2.9、插件（Plugin）

元件必須封裝在插件中才能被使用，一個插件是一塊可以加載的代碼，通常被稱為共享對象文件（shared object file）或動態(tài)鏈接庫（dynamically linked library），一個插件中可以包含一個或若干element。

3、GStreamer基本架構(gòu)

GStreamer core、Plugins以及依賴的第三方開源庫的架構(gòu)關(guān)系，如下圖所示，

Gstreamer的組成結(jié)構(gòu)如下圖所示：

4、GStreamer通信機(jī)制

Gstreamer的通信機(jī)制示意圖及解釋如下：

4.1、Message

pipeline用來主動向外報告自己的運(yùn)行狀態(tài)。這些Message被發(fā)送到一個消息隊(duì)列，也就是pipeline的Bus，應(yīng)用程序可以從Bus中獲取Message，并作出自定義的反應(yīng)。Message是GST提供的，屬于異步操作；

4.2、Event

pipeline中插件之間進(jìn)行通信的機(jī)制，分為下行事件，上行事件和雙向事件。也可以由應(yīng)用程序直接向某一個插件發(fā)送事件，但起作用的前提是：該插件定義了該事件的響應(yīng)操作。 通過事件可以控制整個pipeline的運(yùn)行狀態(tài)。

下行事件是由source插件向sink插件方向傳輸，例如，

GST_EVENT_EOS （流的終止信號）

GST_EVENT_NEWSEGMENT

上行事件是由sink插件向source插件方向傳輸，用于改變管道中數(shù)據(jù)流的狀態(tài)，例如：

GST_EVENT_QOS

GST_EVENT_SEEK（查找）

雙向事件，例如：

GST_EVENT_FLUSH_START

GST_EVENT_FLUSH_STOP

4.3、Signal

應(yīng)用程序控制某一插件的運(yùn)行狀態(tài)，signal可以看做Glib對象的一個屬性，是由Gobject系統(tǒng)提供的，屬于同步操作，與linux中的系統(tǒng)信號有差別。通過信號可以讓某個插件做一些對插件本身變量的操作，比如增加或者刪除一些維護(hù)信息等等。

4.4、Probe

應(yīng)用程序可以通過探針Probe來探測某個插件的pad中流過的數(shù)據(jù)，比如：在audioconert 插件的src pad 加一個探針，每當(dāng)有buf到達(dá)時，就調(diào)用callback_have_data()，這里這個函數(shù)只是打印一下buf的大小，統(tǒng)計(jì)一下buf流過的個數(shù)；

//main
GstPad *m_pad_concert_src = gst_element_get_static_pad(m_gst_convert, "src");   
gst_pad_add_buffer_probe(m_pad_concert_src, G_CALLBACK(callback_have_data), NULL);
gst_object_unref(m_pad_concert_src);
 
/*******Callback handler when probe date received***********/
static gboolean callback_have_data(GstPad *padsrc, GstBuffer *buffer, gpointer data)
{
    gint    iBufSize = 0;
    gchar*     pBuffer = NULL;
    iBufSize = GST_BUFFER_SIZE(buffer);
    pBuffer = (gchar*)GST_BUFFER_DATA(buffer);
    static gint numBuf = 0;
    g_print("\rBUF %d  Size=%d   ", numBuf++, iBufSize);
    return TRUE;
}

4.5、Quary

應(yīng)用程序可以查詢pipline當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，比如：以下代碼用來查詢當(dāng)前播放的位置，和總的播放時間。

GstFormat m_format = GST_FORMAT_TIME;
gint64 m_position , m_length;
if( gst_element_query_position(pipeline, &m_format,&m_position) &&
  gst_element_query_duration(pipeline, &m_format, &m_length))
{
        g_print("Current: %"GST_TIME_FORMAT"   Total: %" GST_TIME_FORMAT "\r", 
            GST_TIME_ARGS(m_position),GST_TIME_ARGS(m_length));
}

5、GStreamer元件狀態(tài)

一個元件在被創(chuàng)建后，它不會執(zhí)行任何操作，通過改變元件的狀態(tài)，才能使它做某些事情。元件有四種狀態(tài)，每種狀態(tài)都有其特定的意義，具體如下：

GST_STATE_NULL 默認(rèn)狀態(tài)：沒有分配任何資源，沒有載入插件，不能處理數(shù)據(jù)；

GST_STATE_READY 預(yù)備狀態(tài)：分配或載入所有與流無關(guān)的資源(非硬件資源)，所有數(shù)據(jù)流的位置信息應(yīng)該自動置0，如果數(shù)據(jù)流先前被打開過，它應(yīng)該被關(guān)閉，并且其位置信息、特性信息應(yīng)該被重新置為初始狀態(tài)；

GST_STATE_PAUSED 暫停狀態(tài)：準(zhǔn)備好全部資源，接受數(shù)據(jù)流，只是sink element暫停，收到數(shù)據(jù)不處理，只是block；

GST_STATE_PLAYING 播放狀態(tài)：準(zhǔn)備好全部資源，接受并處理數(shù)據(jù)流；其實(shí)這個狀態(tài)除了當(dāng)前運(yùn)行時鐘外，其它與PAUSED狀態(tài)一樣，可以通過gst_element_set_state()來改變一個元件的狀態(tài)，當(dāng)元件處于GST_STATE_PLAYING狀態(tài)，管道會開始自動處理數(shù)據(jù)。

6、GStreamer中的幾個關(guān)鍵概念

6.1、識別流的MIME類型

元件通過caps來描述其能處理的媒體格式，元件之間交互數(shù)據(jù)流通過caps協(xié)商，caps是一個mime類型或者一些特性集的組合。

一個加載進(jìn)系統(tǒng)的元件必須提供其源襯墊和接收襯墊支持的mime類型。通過Gstreamer注冊中心可以知道目前注冊的不同的元件，以及他們所期望得到的與他們能夠產(chǎn)生的媒體類型，下圖顯示了管道中每個Pads所處理的MIME類型。

6.2、媒體流類型檢測（typefind）

通常當(dāng)加載一個新的媒體流時，媒體的類型并不明了。這意味著選擇一條管道來對媒體流進(jìn)行解碼之前，首先需要檢測媒體流的類型。 GStreamer 使用了類型檢測 (typefinding) 來達(dá)到此目的。類型檢測是構(gòu)建管道所必經(jīng)的步驟。

首先它會一直讀取數(shù)據(jù)流，在此期間，它會把數(shù)據(jù)提供給所有的實(shí)現(xiàn)了類型檢測器 (typefinder) 的插件，當(dāng)其中任何一個類型檢測器識別出數(shù)據(jù)流，這個類型檢測器元件將會發(fā)送一個信號，并開始像一個關(guān)卡 (passthrough)模塊一樣工作。如果數(shù)據(jù)流的類型沒有被任何類型檢測器識別出來，管道會發(fā)送一個錯誤信息，并終止所有正在處理該數(shù)據(jù)流的動作。一旦類型檢測元件找到一個類型，應(yīng)用程序?qū)褂迷撛鳛楣艿赖囊徊糠謥斫獯a媒體流。

6.3、數(shù)據(jù)探測

探測是襯墊監(jiān)聽器的形象比喻，從技術(shù)上，探針僅僅是一個可以依附于襯墊的回調(diào)信號。這些信號默認(rèn)是沒有被發(fā)射(fired)的(不然的話會降低性能)，但是可以通過附加探針調(diào)用gst_pad_add_data_probe() 或類似的函數(shù)被激活，這些函數(shù)附加了信號處理器，并激活實(shí)際信號的發(fā)射。

同樣地，你可以用 gst_pad_remove_data_probe () 或相關(guān)函數(shù)來刪除信號處理器，也可以只是監(jiān)聽時間或緩沖區(qū)。 探針在管道的線程context運(yùn)行，所以回調(diào)不應(yīng)該阻塞，而且通常不能有異常的阻塞，否則會降低管道的性能，如果出現(xiàn)這樣的缺陷，會導(dǎo)致死鎖甚至崩潰。

6.4、插件加載流程

如下圖所示，基于插件的程序，其工作原理本質(zhì)上都是通過讀取動態(tài)庫實(shí)現(xiàn)的，只需要每個動態(tài)庫中實(shí)現(xiàn)某一個特定的接口就可以了，比如XX_init等，這里就是plugin_init。里面會有個像注冊表一樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)會存儲所有的插件的信息。

7、GStreamer開發(fā)示例-MP3文件播放器

利用GStreamer框架提供的組件，來實(shí)現(xiàn)一個簡單的MP3播放器。數(shù)據(jù)源元件負(fù)責(zé)從磁盤上讀取數(shù)據(jù)，過濾器元件負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，而接受器元件則負(fù)責(zé)將解碼后的數(shù)據(jù)寫入聲卡，示例代碼和注釋如下：

#include <gst/gst.h>
#include <glib.h>
//定義消息處理函數(shù),
static gboolean bus_call(GstBus *bus,GstMessage *msg,gpointer data)
{
    GMainLoop *loop = (GMainLoop *) data;//主循環(huán)的指針，接受EOS消息時退出
    switch (GST_MESSAGE_TYPE(msg))
    {
        case GST_MESSAGE_EOS:
            g_print("End of stream\n");
            g_main_loop_quit(loop);
            break;
        case GST_MESSAGE_ERROR:
        {
            gchar *debug;
            GError *error;
            gst_message_parse_error(msg,&error,&debug);
            g_free(debug);
            g_printerr("ERROR:%s\n",error->message);
            g_error_free(error);
            g_main_loop_quit(loop);
            break;
        }
        default:
             break;
    }
    return TRUE;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
    GMainLoop *loop;
    GstElement *pipeline,*source,*decoder,*sink;//定義組件
    GstBus *bus;
    gst_init(&argc,&argv); //初始化gstreamer
    loop = g_main_loop_new(NULL,FALSE);//創(chuàng)建主循環(huán)，在執(zhí)行 g_main_loop_run后正式開始循環(huán)
    if(argc != 2)
    {
        g_printerr("Usage:%s <mp3 filename>\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    //創(chuàng)建管道和元件
    pipeline = gst_pipeline_new("audio-player"); //管道用來容納元件
    source = gst_element_factory_make("filesrc","file-source");//數(shù)據(jù)源元件
    decoder = gst_element_factory_make("mad","mad-decoder");//過濾器元件
    sink = gst_element_factory_make("autoaudiosink","audio-output");//接收器元件
    if(!pipeline||!source||!decoder||!sink){
        g_printerr("One element could not be created.Exiting.\n");
        return -1;
    }
    //設(shè)置 source的location 參數(shù)，即文件地址.
    g_object_set(G_OBJECT(source),"location",argv[1],NULL);
    //得到管道的消息總線
    bus = gst_pipeline_get_bus(GST_PIPELINE(pipeline));
    //添加消息監(jiān)視器
    gst_bus_add_watch(bus,bus_call,loop);
    gst_object_unref(bus);
    //把元件添加到管道中。管道是一個特殊的組件，可以更好的讓數(shù)據(jù)流動
    gst_bin_add_many(GST_BIN(pipeline),source,decoder,sink,NULL);
    //通過襯墊依次連接元件
    gst_element_link_many(source,decoder,sink,NULL);
    //啟動管道，開始播放
    gst_element_set_state(pipeline,GST_STATE_PLAYING);
    g_print("Running\n");
    //開始循環(huán)
    g_main_loop_run(loop);
    g_print("Returned,stopping playback\n");
    //終止管道，釋放資源
    gst_element_set_state(pipeline,GST_STATE_NULL);
    gst_object_unref(GST_OBJECT(pipeline));
    return 0;
}

編譯運(yùn)行

gcc-Wall$(pkg-config--cflags--libsgstreamer-0.10)-gtest2.c-otest2

./test2/home/phinecos/test.mp3

8、最后

本文總結(jié)了多媒體框架GStreamer一些基本概念及流程，希望能給使用GStreamer開源庫的朋友提供一個借鑒或參考。

到此這篇關(guān)于C語言多媒體框架GStreamer使用教程深講的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C語言GStreamer內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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