用 GStreamer 简化 Linux 多媒体开发--简介

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一、基本概念GStreamer 作为 GNOME 桌面环境推荐的流媒体应用框架，采用了基于插件（plugin）和管道（pipeline）的体系结构，框架中的所有的功能模块都被实现成可以插拔的组件（component），并且在需要的时候能够很方便地安装到任意一个管道上，由于所有插件都通过管道机制进行统一的数据交换，因此很容易利用已有的各种插件“组装”出一个功能完善的多媒体应用程序。
1.1 元件处理对于需要应用 GStreamer 框架的程序员来讲，GstElement 是一个必须理解的概念，因为它是组成管道的基本构件，也是框架中所有可用组件的基础，这也难怪 GStreamer 框架中的大部分函数都会涉及到对 GstElement 对象的操作。从 GStreamer 自身的观点来看，GstElement 可以描述为一个具有特定属性的黑盒子，它通过连接点（link point）与外界进行交互，向框架中的其余部分表征自己的特性或者功能。
按照各自功能上的差异，GStreamer 又将 GstElement 细分成如下几类：

• Source Element 数据源元件　只有输出端，它仅能用来产生供管道消费的数据，而不能对数据做任何处理。一个典型的数据源元件的例子是音频捕获单元，它负责从声卡读取原始的音频数据，然后作为数据源提供给其它模块使用。
• Filter Element 过滤器元件　既有输入端又有输出端，它从输入端获得相应的数据，并在经过特殊处理之后传递给输出端。一个典型的过滤器元件的例子是音频编码单元，它首先从外界获得音频数据，然后根据特定的压缩算法对其进行编码，最后再将编码后的结果提供给其它模块使用。
• Sink Element 接收器元件　只有输入端，它仅具有消费数据的能力，是整条媒体管道的终端。一个典型的接收器元件的例子是音频回放单元，它负责将接收到的数据写到声卡上，通常这也是音频处理过程中的最后一个环节。

图1将有助于你更好地理解数据源元件、过滤器元件和接收器元件三者的区别，同时也不难看出它们是如何相互配合形成管道的：
图1需要注意的是，过滤器元件的具体形式是非常灵活的，GStreamer并没有严格规定输入端和输出端的数目，事实上它们都可以是一个或者多个。图2是一个AVI分离器的基本结构，它能够将输入数据分离成单独的音频信息和视频信息，用于实现该功能的过滤器元件很明显只具有一个输入端，但却需要有两个输出端。
图2要想在应用程序中创建GstElement对象，唯一的办法是借助于工厂对象GstElementFactory。由于GStreamer框架提供了多种类型的GstElement对象，因此对应地提供了多种类型的GstElementFactory对象，它们是通过特定的工厂名称来进行区分的。例如，下面的代码通过gst_element_factory_find()函数获得了一个名为mad的工厂对象，它之后可以用来创建与之对应的MP3解码器元件：

1 2	GstElementFactory *factory; factory = gst_element_factory_find ("mad");

成功获得工厂对象之后，接下来就可以通过gst_element_factory_create()函数来创建特定的GstElement对象了，该函数在调用时有两个参数，分别是需要用到的工厂对象，以及即将创建的元件名称。元件名称可以用查询的办法获得，也可以通过传入空指针（NULL）来生成工厂对象的默认元件。下面的代码示范了如何利用已经获得的工厂对象，来创建名为decoder的MP3解码器元件：

1 2	GstElement *element; element = gst_element_factory_create (factory, "decoder");

当创建的GstElement不再使用的时候，还必须调用gst_element_unref()函数释放其占用的内存资源：

1	gst_element_unref (element);

GStreamer使用了与GObject相同的机制来对属性（property）进行管理，包括查询（query）、设置（set）和读取（get）等。所有的GstElement对象都需要从其父对象GstObject那里继承名称（name）这一最基本的属性，这是因为像gst_element_factory_make()和gst_element_factory_create()这样的函数在创建工厂对象和元件对象时都会用到名称属性，通过调用gst_object_set_name()和gst_object_get_name()函数可以设置和读取GstElement对象的名称属性。
1.2 衬垫处理衬垫（pad）是GStreamer框架引入的另外一个基本概念，它指的是元件（element）与外界的连接通道，对于框架中的某个特定元件来说，其能够处理的媒体类型正是通过衬垫暴露给其它元件的。成功创建GstElement对象之后，可以通过gst_element_get_pad()获得该元件的指定衬垫。例如，下面的代码将返回element元件中名为src的衬垫：

1 2	GstPad *srcpad; srcpad = gst_element_get_pad (element, "src");

如果需要的话也可以通过gst_element_get_pad_list()函数，来查询指定元件中的所有衬垫。例如，下面的代码将输出element元件中所有衬垫的名称：

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GList *pads; pads = gst_element_get_pad_list (element); while (pads) {   GstPad *pad = GST_PAD (pads->data);   g_print ("pad name is: %s\n", gst_pad_get_name (pad));   pads = g_list_next (pads); }

与元件一样，衬垫的名称也能够动态设置或者读取，这是通过调用gst_pad_get_name ()和gst_pad_set_name()函数来完成的。所有元件的衬垫都可以细分成输入衬垫和输出衬垫两种，其中输入衬垫只能接收数据但不能产生数据，而输出衬垫则正好相反，只能产生数据但不能接收数据，利用函数gst_pad_get_direction()可以获得指定衬垫的类型。GStreamer框架中的所有衬垫都必然依附于某个元件之上，调用gst_pad_get_parent()可以获得指定衬垫所属的元件，该函数的返回值是一个指向GstElement的指针。衬垫从某种程度上可以看成是元件的代言人，因为它要负责向外界描述该元件所具有的能力。GStreamer框架提供了统一的机制来让衬垫描述元件所具有的能力（capability），这是借助数据结构_GstCaps来实现的：

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struct _GstCaps {   gchar *name; /* the name of this caps */   guint16 id; /* type id (major type) */   guint refcount; /* caps are refcounted */   GstProps *properties; /* properties for this capability */   GstCaps *next; /* caps can be chained together */ };

以下是对mad元件的能力描述，不难看出该元件中实际包含sink和src两个衬垫，并且每个衬垫都带有特定的功能信息。名为sink的衬垫是mad元件的输入端，它能够接受MIME类型为audio/mp3的媒体数据，此外还具有layer、bitrate和framed三种属性。名为src的衬垫是mad元件的输出端，它负责产生MIME类型为audio/raw媒体数据，此外还具有format、depth、rate和channels等多种属性。

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Pads:   SINK template: ’sink’     Availability: Always     Capabilities:     ’mad_sink’:       MIME type: ’audio/mp3’:   SRC template: ’src’     Availability: Always     Capabilities:       ’mad_src’:         MIME type: ’audio/raw’:         format: String: int         endianness: Integer: 1234         width: Integer: 16         depth: Integer: 16         channels: Integer range: 1 - 2         law: Integer: 0         signed: Boolean: TRUE         rate: Integer range: 11025 - 48000

准确地说，GStreamer框架中的每个衬垫都可能对应于多个能力描述，它们能够通过函数gst_pad_get_caps()来获得。例如，下面的代码将输出pad衬垫中所有能力描述的名称及其MIME类型：

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GstCaps *caps; caps = gst_pad_get_caps (pad); g_print ("pad name is: %s\n", gst_pad_get_name (pad)); while (caps) {   g_print (" Capability name is %s, MIME type is %s\n",   gst_caps_get_name (cap),   gst_caps_get_mime (cap));   caps = caps->next; }

1.3 箱柜箱柜（bin）是GStreamer框架中的容器元件，它通常被用来容纳其它的元件对象，但由于其自身也是一个GstElement对象，因此实际上也能够被用来容纳其它的箱柜对象。利用箱柜可以将需要处理的多个元件组合成一个逻辑元件，由于不再需要对箱柜中的元件逐个进行操作，因此能够很容易地利用它来构造更加复杂的管道。在GStreamer框架中使用箱柜还有另外一个优点，那就是它会试着对数据流进行优化，这对于多媒体应用来讲是很具吸引力的。
图3描述了箱柜在GStreamer框架中的典型结构：
图3在GStreamer应用程序中使用的箱柜主要有两种类型：

• GstPipeline 管道是最常用到的容器，对于一个GStreamer应用程序来讲，其顶层箱柜必须是一条管道。
• GstThread 线程的作用在于能够提供同步处理能力，如果GStreamer应用程序需要进行严格的音视频同步，一般都需要用到这种类型的箱柜。

GStreamer框架提供了两种方法来创建箱柜：一种是借助工厂方法，另一种则是使用特定的函数。下面的代码示范了如何使用工厂方法创建线程对象，以及如何使用特定函数来创建管道对象：

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GstElement *thread, *pipeline; // 创建线程对象，同时为其指定唯一的名称。 thread = gst_element_factory_make ("thread", NULL); // 根据给出的名称，创建一个特定的管道对象。 pipeline = gst_pipeline_new ("pipeline_name");

箱柜成功创建之后，就可以调用gst_bin_add()函数将已经存在的元件添加到其中来了：

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GstElement *element; GstElement *bin; bin = gst_bin_new ("bin_name"); element = gst_element_factory_make ("mpg123", "decoder"); gst_bin_add (GST_BIN (bin), element);

而要从箱柜中找到特定的元件也很容易，可以借助gst_bin_get_by_name()函数实现：

1 2	GstElement *element; element = gst_bin_get_by_name (GST_BIN (bin), "decoder");

由于GStreamer框架中的一个箱柜能够添加到另一个箱柜之中，因此有可能会出现箱柜嵌套的情况，gst_bin_get_by_name()函数在查找元件时会对嵌套的箱柜作递归查找。元件有添加到箱柜之中以后，在需要的时候还可以从中移出，这是通过调用gst_bin_remove()函数来完成的：

1 2	GstElement *element; gst_bin_remove (GST_BIN (bin), element);

如果仔细研究一下图3中描述的箱柜，会发现它没有属于自己的输入衬垫和输出衬垫，因此显然是无法作为一个逻辑整体与其它元件交互的。为了解决这一问题，GStreamer引入了精灵衬垫（ghost pad）的概念，它是从箱柜里面所有元件的衬垫中推举出来的，通常来讲会同时选出输入衬垫和输出衬垫，如图4所示：
图4具有精灵衬垫的箱柜在行为上与元件是完全相同的，所有元件具有的属性它都具有，所有针对元件能够进行的操作也同样能够针对箱柜进行，因此在GStreamer应用程序中能够像使用元件一样使用这类箱柜。下面的代码示范了如何为箱柜添加一个精灵衬垫：

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GstElement *bin; GstElement *element; element = gst_element_factory_create ("mad", "decoder"); bin = gst_bin_new ("bin_name"); gst_bin_add (GST_BIN (bin), element); gst_element_add_ghost_pad (bin, gst_element_get_pad (element, "sink"), "sink");