GStreamer基础教程08 – 多线程
- 2019 年 10 月 3 日
- 筆記
摘要
GStreamer框架会自动处理多线程的逻辑，但在某些情况下，我们仍然需要根据实际的情况自己将部分Pipeline在单独的线程中执行，本文将介绍如何处理这种情况。
GStreamer多线程
GStreamer框架是一个支持多线程的框架，线程会根据Pipeline的需要自动创建和销毁，例如，将媒体流与应用线程解耦，应用线程不会被GStreamer的处理阻塞。而且，GStreamer的插件还可以创建自己所需的线程用于媒体的处理，例如：在一个4核的CPU上，视频解码插件可以创建4个线程来最大化利用CPU资源。
此外，在创建Pipeline时，我们还可以指定某个Pipeline的分支在不同的线程中执行（例如，使audio、video同时在不同的线程中进行解码）。这是通过queue Element来实现的，queue的sink pad仅仅将数据放入队列，另外一个线程从队列中取出数据，并传递到下一个Element。queue通常也被用于作为数据缓冲，缓冲区大小可以通过queue的属性进行配置。
在上面的示例Pipeline中，souce是audiotestsrc，会产生一个相应的audio信号，然后使用tee Element将数据分为两路，一路被用于播放，通过声卡输出，另一路被用于转换为视频波形，用于输出到屏幕。
示例图中的红色阴影部分表示位于同一个线程中，queue会创建单独的线程，所以上面的Pipeline使用了3个线程完成相应的功能。拥有多个sink的Pipeline通常需要多个线程，因为在多个sync间进行同步的时候，sink会阻塞当前所在线程直到所等待的事件发生。
示例代码
示例代码将创建上图所示的Pipeline。
#include <gst/gst.h> int main(int argc, char *argv[]) { GstElement *pipeline, *audio_source, *tee, *audio_queue, *audio_convert, *audio_resample, *audio_sink; GstElement *video_queue, *visual, *video_convert, *video_sink; GstBus *bus; GstMessage *msg; GstPad *tee_audio_pad, *tee_video_pad; GstPad *queue_audio_pad, *queue_video_pad; /* Initialize GStreamer */ gst_init (&argc, &argv); /* Create the elements */ audio_source = gst_element_factory_make ("audiotestsrc", "audio_source"); tee = gst_element_factory_make ("tee", "tee"); audio_queue = gst_element_factory_make ("queue", "audio_queue"); audio_convert = gst_element_factory_make ("audioconvert", "audio_convert"); audio_resample = gst_element_factory_make ("audioresample", "audio_resample"); audio_sink = gst_element_factory_make ("autoaudiosink", "audio_sink"); video_queue = gst_element_factory_make ("queue", "video_queue"); visual = gst_element_factory_make ("wavescope", "visual"); video_convert = gst_element_factory_make ("videoconvert", "csp"); video_sink = gst_element_factory_make ("autovideosink", "video_sink"); /* Create the empty pipeline */ pipeline = gst_pipeline_new ("test-pipeline"); if (!pipeline || !audio_source || !tee || !audio_queue || !audio_convert || !audio_resample || !audio_sink || !video_queue || !visual || !video_convert || !video_sink) { g_printerr ("Not all elements could be created.n"); return -1; } /* Configure elements */ g_object_set (audio_source, "freq", 215.0f, NULL); g_object_set (visual, "shader", 0, "style", 1, NULL); /* Link all elements that can be automatically linked because they have "Always" pads */ gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline), audio_source, tee, audio_queue, audio_convert, audio_resample, audio_sink, video_queue, visual, video_convert, video_sink, NULL); if (gst_element_link_many (audio_source, tee, NULL) != TRUE || gst_element_link_many (audio_queue, audio_convert, audio_resample, audio_sink, NULL) != TRUE || gst_element_link_many (video_queue, visual, video_convert, video_sink, NULL) != TRUE) { g_printerr ("Elements could not be linked.n"); gst_object_unref (pipeline); return -1; } /* Manually link the Tee, which has "Request" pads */ tee_audio_pad = gst_element_get_request_pad (tee, "src_%u"); g_print ("Obtained request pad %s for audio branch.n", gst_pad_get_name (tee_audio_pad)); queue_audio_pad = gst_element_get_static_pad (audio_queue, "sink"); tee_video_pad = gst_element_get_request_pad (tee, "src_%u"); g_print ("Obtained request pad %s for video branch.n", gst_pad_get_name (tee_video_pad)); queue_video_pad = gst_element_get_static_pad (video_queue, "sink"); if (gst_pad_link (tee_audio_pad, queue_audio_pad) != GST_PAD_LINK_OK || gst_pad_link (tee_video_pad, queue_video_pad) != GST_PAD_LINK_OK) { g_printerr ("Tee could not be linked.n"); gst_object_unref (pipeline); return -1; } gst_object_unref (queue_audio_pad); gst_object_unref (queue_video_pad); /* Start playing the pipeline */ gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_PLAYING); /* Wait until error or EOS */ bus = gst_element_get_bus (pipeline); msg = gst_bus_timed_pop_filtered (bus, GST_CLOCK_TIME_NONE, GST_MESSAGE_ERROR | GST_MESSAGE_EOS); /* Release the request pads from the Tee, and unref them */ gst_element_release_request_pad (tee, tee_audio_pad); gst_element_release_request_pad (tee, tee_video_pad); gst_object_unref (tee_audio_pad); gst_object_unref (tee_video_pad); /* Free resources */ if (msg != NULL) gst_message_unref (msg); gst_object_unref (bus); gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_NULL); gst_object_unref (pipeline); return 0; }
保存以上代码，执行下列编译命令即可得到可执行程序：
gcc basic-tutorial-8.c -o basic-tutorial-8 `pkg-config --cflags --libs gstreamer-1.0`
源码分析
/* Create the elements */ audio_source = gst_element_factory_make ("audiotestsrc", "audio_source"); tee = gst_element_factory_make ("tee", "tee"); audio_queue = gst_element_factory_make ("queue", "audio_queue"); audio_convert = gst_element_factory_make ("audioconvert", "audio_convert"); audio_resample = gst_element_factory_make ("audioresample", "audio_resample"); audio_sink = gst_element_factory_make ("autoaudiosink", "audio_sink"); video_queue = gst_element_factory_make ("queue", "video_queue"); visual = gst_element_factory_make ("wavescope", "visual"); video_convert = gst_element_factory_make ("videoconvert", "video_convert"); video_sink = gst_element_factory_make ("autovideosink", "video_sink");
首先创建所需的Element：audiotestsrc会产生测试的音频波形数据。wavescope 会将输入的音频数据转换为波形图像。audioconvert，audioresample，videoconvert保证了Pipeline中各个Element之间的数据可以互相兼容，使得Pipeline能够被正确的link起来，如果不需要对数据进行转换，这些Element会直接将数据发送到下一个Element，这种情况下的性能影响可以忽略不计。
/* Configure elements */ g_object_set (audio_source, "freq", 215.0f, NULL); g_object_set (visual, "shader", 0, "style", 1, NULL);
这里修改相应Element的参数，使得输出结果更直观。“freq”会设置audiotestsrc输出波形的频率为215Hz，设置“shader”和“style”使得波形更加连续。其他的参数可以通过gst-inspect查看。
/* Link all elements that can be automatically linked because they have "Always" pads */ gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline), audio_source, tee, audio_queue, audio_convert, audio_sink, video_queue, visual, video_convert, video_sink, NULL); if (gst_element_link_many (audio_source, tee, NULL) != TRUE || gst_element_link_many (audio_queue, audio_convert, audio_sink, NULL) != TRUE || gst_element_link_many (video_queue, visual, video_convert, video_sink, NULL) != TRUE) { g_printerr ("Elements could not be linked.n"); gst_object_unref (pipeline); return -1; }
这里我们使用gst_element_link_many 将多个Element连接起来，需要注意的是，这里我们只连接了拥有Always Pad的Eelement。虽然gst_element_link_many() 能够在内部处理Request Pad的情况，但我们仍然需要单独释放Request Pad，如果直接使用此函数连接所有的Element，这样容易忘记释放Request Pad。因此我们使用下面的代码单独处理Request Pad。
/* Manually link the Tee, which has "Request" pads */ tee_audio_pad = gst_element_get_request_pad (tee, "src_%u"); g_print ("Obtained request pad %s for audio branch.n", gst_pad_get_name (tee_audio_pad)); queue_audio_pad = gst_element_get_static_pad (audio_queue, "sink"); tee_video_pad = gst_element_get_request_pad (tee, "src_%u"); g_print ("Obtained request pad %s for video branch.n", gst_pad_get_name (tee_video_pad)); queue_video_pad = gst_element_get_static_pad (video_queue, "sink"); if (gst_pad_link (tee_audio_pad, queue_audio_pad) != GST_PAD_LINK_OK || gst_pad_link (tee_video_pad, queue_video_pad) != GST_PAD_LINK_OK) { g_printerr ("Tee could not be linked.n"); gst_object_unref (pipeline); return -1; } gst_object_unref (queue_audio_pad); gst_object_unref (queue_video_pad);
为了能够连接到Request Pad，我们需要主动的向Element取得相应的Pad。由于一个Element可以提供不同的Request Pad，所以我们需要指定所需的“Pad Template”，Element提供的Pad Template可以通过gst-inspect查看。从下面的结果可以发现，tee提供了2种类型的模板， ”sink“ 和“src_%u”。
$ gst-inspect-1.0 tee ... Pad Templates: SRC template: 'src_%u' Availability: On request Has request_new_pad() function: gst_tee_request_new_pad Capabilities: ANY SINK template: 'sink' Availability: Always Capabilities: ANY ...
由于我们这里需要的是2个Source Pad，所以我们通过gst_element_get_request_pad (tee, “src_%u”)获取两个Request Pad分别用于audio和video。queue的Sink Pad是Alwasy Pad，所以我们直接使用gst_element_get_static_pad 获取其Sink Pad。最后再通过gst_pad_link()将其连接起来，在gst_element_link()和gst_element_link_many()内部也是使用此函数连接两个Element的Pad。
需要注意的是，我们通过Element获取到的Pad的引用计数会自动增加，因此我们需要调用gst_object_unref()释放相关的引用，对于Request Pad，我们需要在Pipeline执行完成后进行释放。
/* Release the request pads from the Tee, and unref them */ gst_element_release_request_pad (tee, tee_audio_pad); gst_element_release_request_pad (tee, tee_video_pad); gst_object_unref (tee_audio_pad); gst_object_unref (tee_video_pad);
除了播放完成后正常的资源释放外，我们还要对Request进行释放，需要首先调用gst_element_release_request_pad()，最后再释放相应的对象。
总结
我们在本文中了解了：
- 如何通过queue让Pipeline运行在多个线程上。
- 如何通过gst_element_get_request_pad(), gst_pad_link() gst_element_release_request_pad() 对Request Pad进行操作。
- 如何使用tee将一路媒体数据分为多路。
