目錄：

一、什么是 GStreamer

二、GStreamer 架構(gòu)
    1. app 層
    2. core framework層
    3. plugin 層
    
三、GStreamer基礎(chǔ)概念
    1. element 和 pipeline
    2. pads 和 capabilities
    3. bins
    4. bus

一、什么是 GStreamer？

參考：
What is GStreamer^[1]cnblogs-John^[2]

• 一個(gè) C 語(yǔ)言編寫(xiě)的支持 Windows/Linux/Android/iOS 的跨平臺(tái)的多媒體框架；

• 幾乎可用來(lái)開(kāi)發(fā)任何與多媒體相關(guān)的應(yīng)用，例如媒體播放器、流媒體服務(wù)器、音視頻編輯應(yīng)用等；

• 基于 plugin (插件)和 pipeline (管道)，這里說(shuō)的pipeline跟Linux系統(tǒng)下的管道是同一個(gè)概念，UNIX系統(tǒng)里經(jīng)久不衰的設(shè)計(jì)哲學(xué)；

• plugin 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)音視頻傳輸協(xié)議、音視頻輸入輸出源、音視頻編解轉(zhuǎn)碼等真實(shí)的媒體處理功能，而 plugin 之間通過(guò) pipeline 關(guān)聯(lián)在一起， pipeline 負(fù)責(zé)將上一個(gè) plugin 的數(shù)據(jù)流(data flow) 傳輸給下一個(gè) plugin ，最終形成一個(gè)完整的多媒體處理應(yīng)用；

• 狹義上的 GStreamer 是指 GStreamer core，它負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理 plugin、data flow、media type negotiation (媒體類(lèi)型協(xié)商)等核心功能；

二、GStreamer 架構(gòu)

框架圖：

劃分為3層：

• app 層（包括 gstreamer tools + multimedia applications）
• core 層；
• plugin 層；

1. app 層

參考：
GStreamer tools^[3]

app 層包括 GStreamer自帶的 GStreamer tools 和 app 開(kāi)發(fā)者編寫(xiě)的各種多媒體應(yīng)用。

GStreamer tools 是GStreamer自帶的命令行工具集，它是 app 開(kāi)發(fā)者用于快速驗(yàn)證原型和調(diào)試程序的瑞士軍刀。

對(duì)于GStreamer 初學(xué)者，我們不用第一時(shí)間就去學(xué)習(xí)如何使用 GStreamer API 來(lái)編寫(xiě) multimedia app，取而代之的是，先學(xué)習(xí)使用 GStreamer tools 將是一個(gè)更好的入門(mén)選擇。

GStreamer tools 包括：

• gst-launch-1.0: 命令行建立和運(yùn)行 pipeline, 不用編寫(xiě)C代碼；
• gst-inspect-1.0: 查看可用的插件和它們的相關(guān)信息；
• gst-discoverer-1.0: 查看媒體文件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；

gst-launch-1.0 舉例：

$ gst-launch-1.0 videotestsrc ! autovideosink

建立了一個(gè)基于videotestsrc 和 autovideosink 的pipeline，videotestsrc 用于提供測(cè)試視頻輸入流，autovideosink 則會(huì)自動(dòng)選擇輸出流的目的地，感嘆號(hào)！的作用類(lèi)似Linux系統(tǒng)下的|，即管道符；

gst-inspect-1.0 舉例：

$ gst-inspect-1.0 videotestsrc
Plugin Details:
  Name                     videotestsrc
  Description              Creates a test video stream
  Filename                 /usr/lib/x86_64-linux-gnu/gstreamer-1.0/libgstvideotestsrc.so
  Version                  1.8.3
  License                  LGPL
  Source module            gst-plugins-base
  Source release date      2016-08-19
  Binary package           GStreamer Base Plugins (Ubuntu)
  Origin URL               https://launchpad.net/distros/ubuntu/+source/gst-plugins-base1.0
...

上述命令打印了 videotestsrc 這個(gè)插件的全部信息，上面只截取了部分輸出。如果不跟任何參數(shù)，gst-inspect-1.0會(huì)列出當(dāng)前系統(tǒng)gstreamer所能查找到的所有插件。

gst-discoverer-1.0 舉例：

$ gst-discoverer-1.0 /root/Desktop/video.mp4
Topology:
  container: Quicktime
    audio: MPEG-4 AAC
    video: MPEG-4 Video (Simple Profile)

Properties:
  Duration: 0:00:42.576000000
  Seekable: yes
  Tags:
      audio codec: MPEG-4 AAC audio
      maximum bitrate: 64000
      datetime: 1970-01-01T00:00:00Z
      encoder: Lavf52.61.0
      container format: ISO MP4/M4A
      bitrate: 9562
      video codec: MPEG-4 video

打印出GStreamer 能提取出的關(guān)于該多媒體文件的所有信息，核心信息就是container 和 codecs，了解這些信息有助于我們確定如何創(chuàng)建pipeline。

2. core framework層

主要提供了：

• 編寫(xiě) multimedia app 需要調(diào)用的 API；

• plugin 框架，即如何初始化、卸載、調(diào)用 plugin；

• pipeline 框架，即如何創(chuàng)建和使用 pipeline；

• media type 的處理/協(xié)商機(jī)制；

• 數(shù)據(jù)傳輸；

• 基于Gstreamer bus的消息傳遞機(jī)制；

3. plugin 層

最下層為各種插件，實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)處理及音視頻輸出，應(yīng)用不需要關(guān)注插件的細(xì)節(jié)，會(huì)由 core framework 層負(fù)責(zé)插件的加載及管理。

GStreamer 有哪些類(lèi)型的plugin？

• Protocols：負(fù)責(zé)各種協(xié)議的處理，file，http，rtsp等。

• Sources：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)源的處理，alsa，v4l2，tcp/udp等。

• Formats：負(fù)責(zé)媒體容器的處理，avi，mp4，ogg等。

• Codecs：負(fù)責(zé)媒體的編解碼，mp3，vorbis等。

• Filters：負(fù)責(zé)媒體流的處理，converters，mixers，effects等。

• Sinks：負(fù)責(zé)媒體流輸出到指定設(shè)備或目的地，alsa，xvideo，tcp/udp等。

GStreamer 根據(jù)各個(gè)模塊的成熟度以及所使用的開(kāi)源協(xié)議，將 core 及 plugin 置于不同的源碼包中：

• gstreamer：核心軟件包

• gst-plugins-base：包含基本的示例性element的源碼包；

• gst-plugins-good：包含了LGPL 協(xié)議下的一組高質(zhì)量插件的源碼包；

• gst-plugins-ugly：包含了一組高質(zhì)量的插件，但是可能會(huì)引起發(fā)行問(wèn)題的源碼包；

• gst-plugins-bad：包含了一組需要提升質(zhì)量的插件的源碼包；

• gst-libav：包含了一組封裝了 libav 的插件的源碼包；

• 另外還有一些源碼包沒(méi)有列舉出來(lái)。

三、Gstreamer基礎(chǔ)概念

參考：
GStreamer Foundations^[4]

1. elements 和 pipeline

參考：
GStreamer Elements^[5]

Element 是 Gstreamer 中最重要的對(duì)象類(lèi)型之一；

一個(gè) Element 實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，大致可分為3個(gè)類(lèi)型：

• 輸入型：source element，例如 videotestsrc ；

• 處理型：filter element，例如 videoconvert ；

• 輸出型：sink elements，例如autovideosink

$ gst-launch-1.0 videotestsrc ! videoconvert ! autovideosink

上面3個(gè) element 就構(gòu)成了一條 pipeline；

Element 的狀態(tài)：

• GST_STATE_NULL，初始狀態(tài)
• GST_STATE_READY，
• GST_STATE_PAUSED
• GST_STATE_PLAYING

相關(guān) API：

GstElement *source;
source= gst_element_factory_make ("videotestsrc", "source"); // 創(chuàng)建 element
gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline), source, filter, sink, NULL); // 將element添加到 pipeline
gst_element_link_many (source, filter, sink, NULL)；// 將element 連成一條 pipeline

2. pads 和 capabilities

參考：
GStreamer Pads^[6]

pad 是一個(gè) element 的輸入/輸出接口，分為src pad（生產(chǎn)數(shù)據(jù)）和sink pad（消費(fèi)數(shù)據(jù)）兩種。

兩個(gè)element 想要連接在一起時(shí)需要使用到 pad ，pad 擁有當(dāng)前 element 能處理數(shù)據(jù)類(lèi)型的能力（capabilities，簡(jiǎn)稱 caps），會(huì)在連接時(shí)通過(guò)比較 src pad 和 sink pad中 所支持的能力，以選擇一種數(shù)據(jù)類(lèi)型用于傳輸，如果沒(méi)有可用的數(shù)據(jù)類(lèi)型，則無(wú)法連接 element。

在 element 通過(guò) pad 連接成功后，數(shù)據(jù)會(huì)從上一個(gè) element 的 src pad 傳到下一個(gè) element的 sink pad 。

當(dāng) element 支持多種數(shù)據(jù)處理能力時(shí)，我們可以明確指定使用哪種 cap 以決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)念?lèi)型，例如：

$ gst-launch-1.0 videotestsrc ! video/x-raw,width=320,height=120 ! autovideosink

上述命令明確指出了使用“video/x-raw,width=320,height=120”這種 cap 來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有明確指出使用哪種 cap，則 GStreamer 會(huì)選擇遍歷所有的caps 選出一種可用的cap。

查看element的 pad 和 cap：

$ gst-inspect-1.0 videotestsrc
Pad Templates:
  SRC template: 'src'
    Availability: Always
    Capabilities:
      video/x-raw
                 format: {... }
                  width: [ 1, 2147483647 ]
                 height: [ 1, 2147483647 ]
              framerate: [ 0/1, 2147483647/1 ]
      video/x-bayer
                 format: { bggr, rggb, grbg, gbrg }
                  width: [ 1, 2147483647 ]
                 height: [ 1, 2147483647 ]
              framerate: [ 0/1, 2147483647/1 ]

可以看出v videotestsrc 只有一個(gè) src pad，在這個(gè)src pad下有2個(gè) Capabilities

Properties 用于描述 cap 的額外信息，它的形式是“key=value”，例如：

$ gst-launch-1.0 videotestsrc ! videobox left=-100 ! autovideosink

left 就是 videobox的其中一個(gè) property。

Properties的類(lèi)型包括：

G_TYPE_INT
G_TYPE_BOOLEAN
G_TYPE_FLOAT
G_TYPE_STRING
GST_TYPE_FRACTION

相關(guān) API：

GstPad *pad;
pad = gst_element_get_request_pad ();

GstCaps *caps;
caps = gst_caps_new_simple();    // 創(chuàng)建caps
gst_element_link_filtered (element1, element2, caps); // 設(shè)置element 間的caps

3. Bins

參考：
GStreamer Bins^[7]

什么是Bins ?

• Bins 是element的容器;
• Bins 可以包含一組連接在一起的element;
• Bins 可以被認(rèn)為是邏輯上的element/pipeline;
• Bins會(huì)統(tǒng)一內(nèi)部element的狀態(tài), 統(tǒng)一接收/轉(zhuǎn)發(fā)消息;

相關(guān) API：

bin = gst_bin_new ("my_bin");gst_bin_add (GST_BIN (pipeline), bin);

4. Bus

參考：
GStreamer Bus^[8]

在 pipeline 運(yùn)行的過(guò)程中，各個(gè) element 以及應(yīng)用之間不可避免的需要進(jìn)行數(shù)據(jù)消息的傳輸，gstreamer 提供了 bus 系統(tǒng)以及多種數(shù)據(jù)類(lèi)型（Buffers、Events、Messages，Queries）來(lái)達(dá)到此目的：

每一個(gè) pipeline 默認(rèn)都會(huì)帶有一個(gè)bus，應(yīng)用無(wú)需手動(dòng)創(chuàng)建，只需要往 bus 里注冊(cè) message handler，bus 會(huì)定期的檢查是否有新的 message，有則調(diào)用 handler。

結(jié)尾

到此，已經(jīng)介紹了不少 GStreamer 的基礎(chǔ)概念了，這些概念已經(jīng)足夠讓我們完成接下來(lái)要研究的第一個(gè)GStreamer helloworld 示例程序了。

你和我各有一個(gè)蘋(píng)果，如果我們交換蘋(píng)果的話，我們還是只有一個(gè)蘋(píng)果。但當(dāng)你和我各有一個(gè)想法，我們交換想法的話，我們就都有兩個(gè)想法了。如果你也對(duì)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有興趣，并且想和更多人互相交流學(xué)習(xí)的話，請(qǐng)關(guān)注我的公眾號(hào)：ESexpert，一起來(lái)學(xué)習(xí)吧，歡迎各種收藏/轉(zhuǎn)發(fā)/批評(píng)，小小的轉(zhuǎn)發(fā)一下對(duì)我來(lái)說(shuō)是極大的幫助，Thank You！

參考資料