【GStreamer开发】GStreamer基础教程03——动态pipeline

本教程介绍pipeline的一种新的创建方式——在运行中创建，而不是在运行前一次性的创建结束。

介绍

      在这篇教程里的pipeline并非在运行前就全部创建结束的。放松一下，这样做没有任何问题。如果我们不进行更深入的处理，那么数据在到达pipeline的末尾时就直接丢弃了，当然，我们肯定会进行深入处理的。。。

      在这个例子中，我们会打开一个已经包含了音视频的文件（Container file）。负责打开这样的容器文件的element叫做demuxer，我们常见的容器格式包括MKV、QT、MOV、Ogg还有ASF、WMV、WMA等等。

      在一个容器中可能包含多个流（比如：一路视频，两路音频），demuxer会把他们分离开来，然后从不同的输出口送出来。这样在pipeline里面的不同的分支可以处理不同的数据。

      在GStreamer里面有个术语描述这样的接口——pad（GstPad）。Pad分成sink pad——数据从这里进入一个element——和source pad——数据从这里流出element。很自然的，source element仅包含source pad，sink element仅包含sink pad，而过滤器两种pad都包含。


      一个demuxer包含一个sink pad和多个source pad，数据从sink pad输入然后每个流都有一个source pad。


      为了完整起见，给出一张示意图，图中有一个demuxer和两个分支，一个处理音频一个处理视频。请注意，这不是本教程pipeline的示意图。


      这里主要复杂在demuxer在没有看到容器文件之前无法确定需要做的工作，不能生成对应的内容。也就是说，demuxer开始时是没有source pad给其他element连接用的。

      解决方法是只管建立pipeline，让source和demuxer连接起来，然后开始运行。当demuxer接收到数据之后它就有了足够的信息生成source pad。这时我们就可以继续把其他部分和demuxer新生成的pad连接起来，生成一个完整的pipeline。

      简单起见，在这个例子中，我们仅仅连接音频的pad而不处理视频的pad。      


动态Hello World

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  1. #include <gst/gst.h>  
  2.     
  3. /* Structure to contain all our information, so we can pass it to callbacks */  
  4. typedef struct _CustomData {  
  5.   GstElement *pipeline;  
  6.   GstElement *source;  
  7.   GstElement *convert;  
  8.   GstElement *sink;  
  9. } CustomData;  
  10.     
  11. /* Handler for the pad-added signal */  
  12. static void pad_added_handler (GstElement *src, GstPad *pad, CustomData *data);  
  13.     
  14. int main(int argc, charchar *argv[]) {  
  15.   CustomData data;  
  16.   GstBus *bus;  
  17.   GstMessage *msg;  
  18.   GstStateChangeReturn ret;  
  19.   gboolean terminate = FALSE;  
  20.     
  21.   /* Initialize GStreamer */  
  22.   gst_init (&argc, &argv);  
  23.      
  24.   /* Create the elements */  
  25.   data.source = gst_element_factory_make ("uridecodebin", "source");  
  26.   data.convert = gst_element_factory_make ("audioconvert", "convert");  
  27.   data.sink = gst_element_factory_make ("autoaudiosink", "sink");  
  28.     
  29.   /* Create the empty pipeline */  
  30.   data.pipeline = gst_pipeline_new ("test-pipeline");  
  31.     
  32.   if (!data.pipeline || !data.source || !data.convert || !data.sink) {  
  33.     g_printerr ("Not all elements could be created. ");  
  34.     return -1;  
  35.   }  
  36.     
  37.   /* Build the pipeline. Note that we are NOT linking the source at this 
  38.    * point. We will do it later. */  
  39.   gst_bin_add_many (GST_BIN (data.pipeline), data.source, data.convert , data.sink, NULL);  
  40.   if (!gst_element_link (data.convert, data.sink)) {  
  41.     g_printerr ("Elements could not be linked. ");  
  42.     gst_object_unref (data.pipeline);  
  43.     return -1;  
  44.   }  
  45.     
  46.   /* Set the URI to play */  
  47.   g_object_set (data.source, "uri", "http://docs.gstreamer.com/media/sintel_trailer-480p.webm", NULL);  
  48.     
  49.   /* Connect to the pad-added signal */  
  50.   g_signal_connect (data.source, "pad-added", G_CALLBACK (pad_added_handler), &data);  
  51.     
  52.   /* Start playing */  
  53.   ret = gst_element_set_state (data.pipeline, GST_STATE_PLAYING);  
  54.   if (ret == GST_STATE_CHANGE_FAILURE) {  
  55.     g_printerr ("Unable to set the pipeline to the playing state. ");  
  56.     gst_object_unref (data.pipeline);  
  57.     return -1;  
  58.   }  
  59.     
  60.   /* Listen to the bus */  
  61.   bus = gst_element_get_bus (data.pipeline);  
  62.   do {  
  63.     msg = gst_bus_timed_pop_filtered (bus, GST_CLOCK_TIME_NONE,  
  64.         GST_MESSAGE_STATE_CHANGED | GST_MESSAGE_ERROR | GST_MESSAGE_EOS);  
  65.     
  66.     /* Parse message */  
  67.     if (msg != NULL) {  
  68.       GError *err;  
  69.       gchar *debug_info;  
  70.         
  71.       switch (GST_MESSAGE_TYPE (msg)) {  
  72.         case GST_MESSAGE_ERROR:  
  73.           gst_message_parse_error (msg, &err, &debug_info);  
  74.           g_printerr ("Error received from element %s: %s ", GST_OBJECT_NAME (msg->src), err->message);  
  75.           g_printerr ("Debugging information: %s ", debug_info ? debug_info : "none");  
  76.           g_clear_error (&err);  
  77.           g_free (debug_info);  
  78.           terminate = TRUE;  
  79.           break;  
  80.         case GST_MESSAGE_EOS:  
  81.           g_print ("End-Of-Stream reached. ");  
  82.           terminate = TRUE;  
  83.           break;  
  84.         case GST_MESSAGE_STATE_CHANGED:  
  85.           /* We are only interested in state-changed messages from the pipeline */  
  86.           if (GST_MESSAGE_SRC (msg) == GST_OBJECT (data.pipeline)) {  
  87.             GstState old_state, new_state, pending_state;  
  88.             gst_message_parse_state_changed (msg, &old_state, &new_state, &pending_state);  
  89.             g_print ("Pipeline state changed from %s to %s: ",  
  90.                 gst_element_state_get_name (old_state), gst_element_state_get_name (new_state));  
  91.           }  
  92.           break;  
  93.         default:  
  94.           /* We should not reach here */  
  95.           g_printerr ("Unexpected message received. ");  
  96.           break;  
  97.       }  
  98.       gst_message_unref (msg);  
  99.     }  
  100.   } while (!terminate);  
  101.     
  102.   /* Free resources */  
  103.   gst_object_unref (bus);  
  104.   gst_element_set_state (data.pipeline, GST_STATE_NULL);  
  105.   gst_object_unref (data.pipeline);  
  106.   return 0;  
  107. }  
  108.     
  109. /* This function will be called by the pad-added signal */  
  110. static void pad_added_handler (GstElement *src, GstPad *new_pad, CustomData *data) {  
  111.   GstPad *sink_pad = gst_element_get_static_pad (data->convert, "sink");  
  112.   GstPadLinkReturn ret;  
  113.   GstCaps *new_pad_caps = NULL;  
  114.   GstStructure *new_pad_struct = NULL;  
  115.   const gchar *new_pad_type = NULL;  
  116.     
  117.   g_print ("Received new pad '%s' from '%s': ", GST_PAD_NAME (new_pad), GST_ELEMENT_NAME (src));  
  118.     
  119.   /* If our converter is already linked, we have nothing to do here */  
  120.   if (gst_pad_is_linked (sink_pad)) {  
  121.     g_print ("  We are already linked. Ignoring. ");  
  122.     goto exit;  
  123.   }  
  124.     
  125.   /* Check the new pad's type */  
  126.   new_pad_caps = gst_pad_get_caps (new_pad);  
  127.   new_pad_struct = gst_caps_get_structure (new_pad_caps, 0);  
  128.   new_pad_type = gst_structure_get_name (new_pad_struct);  
  129.   if (!g_str_has_prefix (new_pad_type, "audio/x-raw")) {  
  130.     g_print ("  It has type '%s' which is not raw audio. Ignoring. ", new_pad_type);  
  131.     goto exit;  
  132.   }  
  133.     
  134.   /* Attempt the link */  
  135.   ret = gst_pad_link (new_pad, sink_pad);  
  136.   if (GST_PAD_LINK_FAILED (ret)) {  
  137.     g_print ("  Type is '%s' but link failed. ", new_pad_type);  
  138.   } else {  
  139.     g_print ("  Link succeeded (type '%s'). ", new_pad_type);  
  140.   }  
  141.     
  142. exit:  
  143.   /* Unreference the new pad's caps, if we got them */  
  144.   if (new_pad_caps != NULL)  
  145.     gst_caps_unref (new_pad_caps);  
  146.     
  147.   /* Unreference the sink pad */  
  148.   gst_object_unref (sink_pad);  
  149. }  

工作流程

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  1. /* Structure to contain all our information, so we can pass it to callbacks */  
  2. typedef struct _CustomData {  
  3.   GstElement *pipeline;  
  4.   GstElement *source;  
  5.   GstElement *convert;  
  6.   GstElement *sink;  
  7. } CustomData;  
      在这里我们存下了所有需要的局部变量，因为本教程中会有回调函数，所以我们把所有的数据组织成一个struct，这样比较方便调用。

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  1. /* Handler for the pad-added signal */  
  2. static void pad_added_handler (GstElement *src, GstPad *pad, CustomData *data);  
      这是一个声明，后面会使用这个API。

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  1. /* Create the elements */  
  2. data.source = gst_element_factory_make ("uridecodebin", "source");  
  3. data.convert = gst_element_factory_make ("audioconvert", "convert");  
  4. data.sink = gst_element_factory_make ("autoaudiosink", "sink");  

      我们像前面一样创建一个个element。uridecodebin自己会在内部初始化必要的element，然后把一个URI变成一个原始音视频流输出，它差不多做了playbin2的一半工作。因为它自己带着demuxer，所以它的source pad没有初始化，我们等会会用到。

      audioconvert在不同的音频格式转换时很有用。这里用这个element是为了确保应用的平台无关性。

      autoaudiosink和上一篇教程里面的autovideosink是非常相似的，只是操作的时音频流。这个element的输出就是直接送往声卡的音频流。

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  1. if (!gst_element_link (data.convert, data.sink)) {  
  2.   g_printerr ("Elements could not be linked. ");  
  3.   gst_object_unref (data.pipeline);  
  4.   return -1;  
  5. }  
      这里我们把转换element和sink element连接起来，注意，我们没有把source连接起来——因为这个时候还没有source pad。我们把转换element和sink element连接起来后暂时就放在那里，等待后面在处理。

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  1. /* Set the URI to play */  
  2. g_object_set (data.source, "uri", "http://docs.gstreamer.com/media/sintel_trailer-480p.webm", NULL);  
      和我们在上一篇教程一样，我们把URI通过设置属性的方法设置好。


信号

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  1. /* Connect to the pad-added signal */  
  2. g_signal_connect (data.source, "pad-added", G_CALLBACK (pad_added_handler), &data);  
      GSignal是GStreamer的一个重要部分。它会让你在你感兴趣的事情发生时收到通知。信号是通过名字来区分的，每个GObject都有它自己的信号。

      在这段代码里面，我们使用g_signal_connect()方法把“pad-added”信号和我们的源（uridecodebin）联系了起来，并且注册了一个回调函数。GStreamer把&data这个指针的内容传给回调函数，这样CustomData这个数据结构中的数据也就传递了过去。

      这个信号是有GstElement产生的，可以在相关的文档中找到或者用gst-inspect方法来查到。

      我们现在准备开始运行了！和前面的教程一样，把pipeline置成PLAYING状态，然后开始监听ERROR或者EOS。


回调函数

      当我们的source element最后获得足够的数据时，它就会自动生成source pad，并且触发“pad-added”信号。这样我们的回调就会被调用了：

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  1. static void pad_added_handler (GstElement *src, GstPad *new_pad, CustomData *data) {  
      src是触发这个信号的GstElement。在这个例子中，就是uridecodebin，也是我们唯一注册的一个信号。

      new_pad是加到src上的pad。通常来说，是我们需要连接的pad。

      data指针是跟随信号一起过来的参数，在这个例子中，我们传递的时CustomData指针。

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  1. GstPad *sink_pad = gst_element_get_static_pad (data->convert, "sink");  
      从CustomData我们可以获得转换element对象，然后使用gst_element_get_static_pad()方法可以获得sink pad。这个pad是我们希望和new_pad连接的pad。在前面的教程里，我们是用element和element连接的，让GStreamer自己来选择合适的pad。在这里，我们是手动的把两个pad直接连接起来。

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  1. /* If our converter is already linked, we have nothing to do here */  
  2. if (gst_pad_is_linked (sink_pad)) {  
  3.   g_print ("  We are already linked. Ignoring. ");  
  4.   goto exit;  
  5. }  
      uridecodebin会自动创建许多的pad，对于每一个pad，这个回调函数都会被调用。上面这段代码可以防止连接多次。

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  1. /* Check the new pad's type */  
  2. new_pad_caps = gst_pad_get_caps (new_pad);  
  3. new_pad_struct = gst_caps_get_structure (new_pad_caps, 0);  
  4. new_pad_type = gst_structure_get_name (new_pad_struct);  
  5. if (!g_str_has_prefix (new_pad_type, "audio/x-raw")) {  
  6.   g_print ("  It has type '%s' which is not raw audio. Ignoring. ", new_pad_type);  
  7.   goto exit;  
  8. }  
      因为我们只处理生成的audio数据，所以我们要检查new pad输出的数据类型。我们前面创建了一部分处理音频的pipeline（convert+sink），没有生成处理视频的部分，所以我们只能处理音频数据。

      gst_pad_get_caps()方法会获得pad的capability（也就是pad支持的数据类型），是被封装起来的GstCaps结构。一个pad可以有多个capability，GstCaps可以包含多个GstStructure，每个都描述了一个不同的capability。

      在这个例子中，我们知道我们的pad需要的capability是声音，我们使用gst_caps_get_structure()方法来获得GstStructure。

      最后，我们用gst_structure_get_name()方法来获得structure的名字——最主要的描述部分。如果名字不是由audio/x-raw开始的，就意味着不是一个解码的音频数据，也就不是我们所需要的，反之，就是我们需要连接的：

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  1. /* Attempt the link */  
  2. ret = gst_pad_link (new_pad, sink_pad);  
  3. if (GST_PAD_LINK_FAILED (ret)) {  
  4.   g_print ("  Type is '%s' but link failed. ", new_pad_type);  
  5. } else {  
  6.   g_print ("  Link succeeded (type '%s'). ", new_pad_type);  
  7. }  
      gst_pad_link()方法会把两个pad连接起来。就像gst_element_link()这个方法一样，连接必须是从source到sink，连接的两个pad必须在同一个bin里面。

      到这儿我们的任务就完成了，当一个合适的pad出现后，它会和后面的audio处理部分相连，然后继续运行直到ERROR或者EOS。下面，我们再介绍一点点GStreamer状态的概念。


状态

      我们介绍过不把pipeline置成PLAYING状态，播放是不会开始的。这里我们继续介绍一下其他的几种状态，在GStreamer里面有4种状态：

NULL NULL状态或者初始化状态
READY element已经READY或者PAUSED
PAUSED element已经PAUSED，准备接受数据
PLAYING element在PLAYING，时钟在运行数据
      状态迁移只能在相邻的状态里迁移，也就是说，你不能从NULL一下跳到PLAYING。你必须经过READY和PAUSED状态。如果你把pipeline设到PLAYING状态，GStreamer自动会经过中间状态的过渡。

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  1. case GST_MESSAGE_STATE_CHANGED:  
  2.   /* We are only interested in state-changed messages from the pipeline */  
  3.   if (GST_MESSAGE_SRC (msg) == GST_OBJECT (data.pipeline)) {  
  4.     GstState old_state, new_state, pending_state;  
  5.     gst_message_parse_state_changed (msg, &old_state, &new_state, &pending_state);  
  6.     g_print ("Pipeline state changed from %s to %s: ",  
  7.         gst_element_state_get_name (old_state), gst_element_state_get_name (new_state));  
  8.   }  
  9.   break;  
      我们增加这段代码来监听总线上状态变化的情况，并且打印出相应的内容。虽然每个element都会把它的消息放到总线上，但我们只监听pipeline本身的。

      绝大多数应用都是在PLAYING状态开始播放，然后跳转到PAUSE状态来提供暂停功能，最后在退出时退到NULL状态。

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