C语言多媒体框架GStreamer如何使用

这篇文章主要介绍了C语言多媒体框架GStreamer如何使用的相关知识，内容详细易懂，操作简单快捷，具有一定借鉴价值，相信大家阅读完这篇C语言多媒体框架GStreamer如何使用文章都会有所收获，下面我们一起来看看吧。GStreamer是GNOME桌面环境下用来创建流媒体应用的多媒体框架，其基本设计思想来自于俄勒冈(Oregon)研究生学院有关视频管道的创意，同时也借鉴了DirectShow的设计思想。GStreamer是用c语言实现的，使用了面向对象的思维。GStreamer框架是基于插件和管道的，所有的插件都能够被链接到任意的已经定义的数据流管道中，数据通过管道机制进行统一交换。GStreamer的很多优点来源于其框架的模块化，使得新的插件能够无缝合并。GStreamer能够处理任意类型的数据流，其目标是要简化音/视频应用程序的开发，其最显著的用途是在构建音视频播放器、编辑音视频文件、音视频格式转换和流媒体服务上，GStreamer已经能够被用来处理像 MP3、Ogg、MPEG1、MPEG2、AVI、Quicktime 等多种格式的多媒体数据。GStreamer核心库函数是一个处理插件、数据流和媒体操作的框架。另外，其还提供了一套API，用于程序员使用其它插件来编写他所需要的应用程序时使用。但是，由于追求模块化和高效率，使得GStreamer在整个框架上变的复杂，也同时因为复杂度的提高，使得开发一个新的应用程序显得不是那么的简单。元件是GStreamer的核心，是具有一定功能的基本单元，可将其描述为一个具有特定属性的黑盒子。其在代码里面的类型是GstElement，可以理解为Gstreamer里面的基类。Gstreamer默认安装了很多有用的元件，按照功能上的差异，element分为以下几类：（1）source element 数据源元件，只有输出端，用来产生供管道消费的数据，例如，音频捕捉单元，它从声卡读取原始音频数据，供其它模块用；（2）filter(/filter-like) element 中间元件，包括过滤器、转换器、复用器、解复用器、编解码器等，其既有输入端又有输出端，从输入端获得相应数据，经过处理之后传递给输出端，有的element可能有一个source pad多个sink pads（demux），有的可能有多个source pads一个sink pad（mux），有的有一个source pad一个sink pad，例如，音频编码单元，它从外界获得音频数据之后，根据压缩算法编码后，给其它模块使用；（3）sink elements 接收器元件，只有输入端，仅有消费数据的能力，是整条媒体管道的终端，例如，音频回放单元，负责将接收到的数据写到声卡上；由多个基本单元组成的一个高级的功能单元，是装载元件的容器，可以通过改变一个Bin的状态来改变其内部所有元件的状态，Bin可以发送总线消息(bus message)给其子集元件。Bin和pipeline的区别就是pipeline肯定是bin，但bin不一定是pipeline，bin就像一个盒子，里面放了什么东西，功能具体是怎么实现的，用户可以不关心，bin是元件的集合，而pipeline更强调应用的可执行性。最高等级的Bin，是一种允许对所包含的元件进行安排（scheduling）的普通容器。顶层（toplevel）箱柜必须为一个管道，因此每个GStreamer应用程序都至少需要一个管道。当应用程序启动后，管道会自动运行在后台线程中，下面是一个典型的pipeline示例：不同Elements之间的链接点，数据流在元件之间流动就是依靠Pads。Pads有处理特殊数据的能力，也就是其支持特定媒体类型的能力，一个Pads能够限制数据流类型的通过，链接成功的条件是，两个Pads允许通过的数据类型一致时才能建立（数据类型协商）。Pads按照数据导向，可分为source pads(element的输出)，sink pads(element 的输入)，按照时效性可分为，永久型(always)、随机型(sometimes)、请求型(on request)，三种时效性的意义顾名思义: 永久型的衬垫一直会存在，随机型的衬垫只在某种特定的条件下才存在(会随机消失的衬垫也属于随机型)，请求型的衬垫只在应用程序免费云主机域名明确发出请求时才出现。Pads通过GstCaps对象进行描述，一个GstCaps对象包括一个或者多个GstStructure对象，一个GstStructure描述一种媒体类型，其结构中只包含功能集中规定的固定值。Pad的属性描述，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-vorbisbin本身没有pad，所以就没有办法把两个bin链接起来。但可以用bin中的一个元件的pad构造一个代理pad，这样bin就有一个代理pad了。这个pad实际指向被代理的那个单元的pad，示例如下：Bus采用自己的线程机制，负责pipeline线程和应用程序程序之间的通信。每个pipeline缺省创建一个Bus，应用程序在总线上设置一个类似于对象的信号处理的消息处理器，当主循环运行的时候，总线将会轮询这个消息处理器是否有新的消息，当消息被采集到后，总线将呼叫相应的回调函数来完成相关操作。应用程序有两种方法使用Bus，第一种是使用 GLib/Gtk+ main loop及gst_bus_add_watch () or gst_bus_add_signal_watch()事件回调函数机制，第二种是程序通过gst_bus_peek () /gst_bus_poll ()主动检查Bus中的消息；管道的数据流由一组缓冲区和事件组成，缓冲区包括实际的管道数据，事件包括控制信息，如寻找信息和流的终止信号。所有这些数据流在运行的时候自动的流过管道。缓冲区包含了你创建的管道里的数据流，通常一个源元件会创建一个新的缓冲区，同时元件还将会把缓冲区的数据传递给下一个元件。一个缓冲区主要由以下一个组成：（1）指向某块内存的指针；（2）内存的大小；（3）缓冲区的时间戳；（4）一个引用计数，指出了缓冲区所使用的元件数。没有元件可引用的时候，这个引用将用于销毁缓冲区。buffer的创建有2种方式，一种是由当前的element自己创建，然后把这个buffer传递给下一个element；另外一种方式就是dwonstream-allocated buffers，就是由下一个element来创建要求大小的buffer，并提供buffer操作函数，当前element通过调用buffer操作函数将数据写入这个buffer中完成buffer数据传递。其区别在于buffer的创建是在数据传输的源端element创建还是在数据接收端element来创建。元件必须封装在插件中才能被使用，一个插件是一块可以加载的代码，通常被称为共享对象文件（shared object file）或动态链接库（dynamically linked library），一个插件中可以包含一个或若干element。GStreamer core、Plugins以及依赖的第三方开源库的架构关系，如下图所示，Gstreamer的组成结构如下图所示：Gstreamer的通信机制示意图及解释如下：pipeline用来主动向外报告自己的运行状态。这些Message被发送到一个消息队列，也就是pipeline的Bus，应用程序可以从Bus中获取Message，并作出自定义的反应。Message是GST提供的，属于异步操作；pipeline中插件之间进行通信的机制，分为下行事件，上行事件和双向事件。也可以由应用程序直接向某一个插件发送事件，但起作用的前提是：该插件定义了该事件的响应操作。 通过事件可以控制整个pipeline的运行状态。下行事件是由source插件向sink插件方向传输，例如，GST_EVENT_EOS （流的终止信号）GST_EVENT_NEWSEGMENT上行事件是由sink插件向source插件方向传输，用于改变管道中数据流的状态，例如：GST_EVENT_QOSGST_EVENT_SEEK（查找）双向事件，例如：GST_EVENT_FLUSH_STARTGST_EVENT_FLUSH_STOP应用程序控制某一插件的运行状态，signal可以看做Glib对象的一个属性，是由Gobject系统提供的，属于同步操作，与linux中的系统信号有差别。通过信号可以让某个插件做一些对插件本身变量的操作，比如增加或者删除一些维护信息等等。应用程序可以通过探针Probe来探测某个插件的pad中流过的数据，比如：在audioconert 插件的src pad 加一个探针，每当有buf到达时，就调用callback_have_data()，这里这个函数只是打印一下buf的大小，统计一下buf流过的个数；应用程序可以查询pipline当前的运行状态，比如：以下代码用来查询当前播放的位置，和总的播放时间。一个元件在被创建后，它不会执行任何操作，通过改变元件的状态，才能使它做某些事情。元件有四种状态，每种状态都有其特定的意义，具体如下：GST_STATE_NULL 默认状态：没有分配任何资源，没有载入插件，不能处理数据；GST_STATE_READY 预备状态：分配或载入所有与流无关的资源(非硬件资源)，所有数据流的位置信息应该自动置0，如果数据流先前被打开过，它应该被关闭，并且其位置信息、特性信息应该被重新置为初始状态；GST_STATE_PAUSED 暂停状态：准备好全部资源，接受数据流，只是sink element暂停，收到数据不处理，只是block；GST_STATE_PLAYING 播放状态：准备好全部资源，接受并处理数据流；其实这个状态除了当前运行时钟外，其它与PAUSED状态一样，可以通过gst_element_set_state()来改变一个元件的状态，当元件处于GST_STATE_PLAYING状态，管道会开始自动处理数据。元件通过caps来描述其能处理的媒体格式，元件之间交互数据流通过caps协商，caps是一个mime类型或者一些特性集的组合。一个加载进系统的元件必须提供其源衬垫和接收衬垫支持的mime类型。通过Gstreamer注册中心可以知道目前注册的不同的元件，以及他们所期望得到的与他们能够产生的媒体类型，下图显示了管道中每个Pads所处理的MIME类型。通常当加载一个新的媒体流时，媒体的类型并不明了。这意味着选择一条管道来对媒体流进行解码之前，首先需要检测媒体流的类型。 GStreamer 使用了类型检测 (typefinding) 来达到此目的。类型检测是构建管道所必经的步骤。首先它会一直读取数据流，在此期间，它会把数据提供给所有的实现了类型检测器 (typefinder) 的插件，当其中任何一个类型检测器识别出数据流，这个类型检测器元件将会发送一个信号，并开始像一个关卡 (passthrough)模块一样工作。如果数据流的类型没有被任何类型检测器识别出来，管道会发送一个错误信息，并终止所有正在处理该数据流的动作。一旦类型检测元件找到一个类型，应用程序将会使用该元件作为管道的一部分来解码媒体流。探测是衬垫监听器的形象比喻，从技术上，探针仅仅是一个可以依附于衬垫的回调信号。这些信号默认是没有被发射(fired)的(不然的话会降低性能)，但是可以通过附加探针调用gst_pad_add_data_probe() 或类似的函数被激活，这些函数附加了信号处理器，并激活实际信号的发射。同样地，你可以用 gst_pad_remove_data_probe () 或相关函数来删除信号处理器，也可以只是监听时间或缓冲区。 探针在管道的线程context运行，所以回调不应该阻塞，而且通常不能有异常的阻塞，否则会降低管道的性能，如果出现这样的缺陷，会导致死锁甚至崩溃。如下图所示，基于插件的程序，其工作原理本质上都是通过读取动态库实现的，只需要每个动态库中实现某一个特定的接口就可以了，比如XX_init等，这里就是plugin_init。里面会有个像注册表一样的数据结构会存储所有的插件的信息。利用GStreamer框架提供的组件，来实现一个简单的MP3播放器。数据源元件负责从磁盘上读取数据，过滤器元件负责对数据进行解码，而接受器元件则负责将解码后的数据写入声卡，示例代码和注释如下：编译运行gcc-Wall$(pkg-config–cflags–libsgstreamer-0.10)-gtest2.c-otest2./test2/home/phinecos/test.mp3关于“C语言多媒体框架GStreamer如何使用”这篇文章的内容就介绍到这里，感谢各位的阅读！相信大家对“C语言多媒体框架GStreamer如何使用”知识都有一定的了解，大家如果还想学习更多知识，欢迎关注百云主机行业资讯频道。

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