Guide to GStreamer Application Development Manual: CH1 to CH10

GStreamer
Application Development Manual 導讀
第一章到第十章
Wen Liao

目標
了解GStreamer是什麼

注意
● 只包含手冊第一章到第十章
● 可能有誤，請自行斟酌對照手冊
● 請留意囉唆的程式碼變數顏色
my_var = my_func();
my_hash(my_var);

Outline
● Backgrounds
● Overview
● Demo
● References

Background
● Framework
○ Longman:
■ the main supporting parts of a building, vehicle,
or object
● http://www.ldoceonline.com/dictionary/framework
● Software framework
○ 一般性，可重複使用的軟體平台
○ 用於降降低開發軟體的成本

Multimedia Framework
● 一種Software framework
● 專門來處理多媒體相關應用程式
○ 多媒體播放器
○ 多媒體格式轉換
○ 多媒體編輯器
○ Video conference
○ ….

GStreamer
● 一種Multimedia framework
● 以基於Ｃ語言開發的GObject發展
● 支援多平台
● LGPL

Element and Pipeline in GStreamer:
Series of Producer - Consumer
http://en.wikipedia.org/wiki/GStreamer#Technical_overview
PAD
兩邊有協定溝
通決定要傳送
那些資料
兩邊有協定溝
通決定要傳送
那些資料

Plugin
● 一種Element
● 大部分以static library形式
● 種類
○ codec
○ container formats
○ IO driver

http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-gstreamer.html

前情提要
http://en.wikipedia.org/wiki/GStreamer#Technical_overview
PAD
兩邊有協定溝
通決定要傳送
那些資料
兩邊有協定溝
通決定要傳送
那些資料

Overview
● Element
● Pad
● Bin and pipeline
● Communication

Element
● 提供基本功能的元件。可以透過Pad和其他
Element組合。
○ 播放聲音
○ 讀取檔案
○ 透過網路取得多媒體內容
○ 多媒體解碼
○ …
● 分類
○ Source element
○ 一般element
○ Sink element

Source Element
● 從檔案或是音效卡讀出資料用
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html

一般Element
● 有輸入有輸出
● 應用：
○ Filters
○ convertors
○ demuxers
○ muxers
○ codecs

Sink Element
● 單純Consume資料，通常就是Render或是音
效卡

產生Element
方法一：懶人法
/* 建立 */
element =
gst_element_factory_make ("fakesrc", "source");
...
/* 宰掉 */
gst_object_unref (GST_OBJECT (element));
Factory
name
自己給的名稱
Factory name
GST會內部maintain
reference counter，每次unref
就遞減。減到0就deallocate

產生Element
方法二：非懶人法
/* 建立 */
factory = gst_element_factory_find ("fakesrc");
element = gst_element_factory_create (factory, "source");
...
/* 宰掉 */
gst_object_unref (GST_OBJECT (element));
Factory
name
自己給的名稱
Factory name
GST會內部maintain
reference counter，每次unref
就遞減。減到0就deallocate

Element
● gst-inspect指令可以顯示系統可用的element
資訊
● GstElement資料結構繼承自GObject
○ 可用GObject的屬性
○ 可用GObject的signal及對應的callback
○ GObject資訊
■ https://developer.gnome.org/gobject/stable/rn01.
html

Element和Factory
● GstElementFactory
○ Framework maintain所有系統上可以用的plugin
(element)資訊(metadata)
■ ex:
● gst_element_factory_get_metadata (factory,
GST_ELEMENT_METADATA_DESCRIPTION))
○ 這些metadata可以用來確認目前element和element之
間是否可以互相連接

連接Elements
1. 產生pipeline
2. 決定並產生elements
3. 把elements打包成bin
a. (要記得pipeline是bin的一種）
4. 建立link
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-elements-link.html

範例
/* 1.產生 pipeline */
pipeline = gst_pipeline_new ("my-pipeline");
/* 2. 產生elements */
source = gst_element_factory_make ("fakesrc", "source");
filter = gst_element_factory_make ("identity", "filter");
sink = gst_element_factory_make ("fakesink", "sink");
/* 3. 打包 */
gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline), source, filter, sink,
NULL);

接關
/* 4. 連連看 */
if (!gst_element_link_many (source, filter, sink, NULL)) {
g_warning ("Failed to link elements!");
}

Element內部狀態
● GST_STATE_NULL
○ 建立時預設狀態
○ 內部沒有分配任何資源
○ 狀態被設成NULL framework會自動清除資源
○ 當reference count為零時必須要在該狀態
● GST_STATE_READY
○ 資源已配置或是被reset掉

Element內部狀態
● GST_STATE_PAUSED
○ 資源已分配並可以執行，但是偏不去處理資料
○ 此時可以趁機更動控制資料以達到trick play的目的
○ 因為隨時都有可能從暫停狀態切換到播放狀態，
Element需要想辦法降低狀態切換所需時間。
● GST_STATE_PLAYING
○ 和PAUSE差別就是會去處理資料
○ 精確的說法，是clock有沒有在run的差別
■ 在這邊有解釋clock
● http://gstreamer.freedesktop.
org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-clocks.

關於Element狀態
● 透過下面API更改
○ gst_element_set_state (GstElement *element,
GstState state);
NULL
READY PAUSE
PLAYING
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/gstreamer/html/GstElement.html#GstState
NULL
READY PAUSE
PLAYING
Upward state
change
Downward
state change

Pad
● Element的input/output部份
○ Sink: Input
○ Source: Output
● Element之間的連結方式
● GStreamer允許element之間透過negociate
決定link以及資料傳輸方式
○ GstCaps
■ GStreamer capabilities of an element
● 想像螢幕可以顯示HDMI或是VGA訊號，這些
信號線就是PAD

More about Pad
● 主要組成
○ 資料傳輸方向
■ Source
■ Sink
○ Availability
■ Always
■ Sometimes (Dynamic)
● 應用程式可以透過監聽pad-added event處理對應行為
● gst-inspect指令會列出支援的events
■ On request
● element夠過下面API產生Pad
○ gst_element_get_request_pad
○ gst_element_get_compatible_pad

Capabilities
● 支援的屬性稱為property
○ Key: 字串
○ Value:
■ 基本type如int, float
■ Range: 如1~100
■ List
● 多個基本type
■ Array
● 多個相同的基本type

Capabilities
● 想像Mimetype
● 用途
○ PnP
○ 檢查相容性
○ 提供Metadata
○ Filter，限制處理的資料特性

取得Capabilities metadata範例
cap_str = gst_caps_get_structure (caps, 0);
if (!gst_structure_get_int (cap_str, "width", &width) ||
!gst_structure_get_int (cap_str, "height",
&height))
{
g_print ("No width/height availablen");
return;
}
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-caps-api.html

Capabilities 作為filter應用方式
● 設定elements兩邊link滿足條件(下面方式擇一）
○ filter_cap = gst_caps_new_full(..);
○ filter_cap = gst_caps_new_simple(..);
● link兩個element，前面的條件作為參數帶入
○ gst_element_link_filtered (ele1, ele2, filter_cap);

Ghost Pad
● 用於處理bin的pad問題。因為bin沒有pad，並
且實際上處理pad的仍然是element
● 想法：Unix下的symbolic link
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-pads-ghost.html
做一個假的
bin本身沒有pad

建立Ghost Pad
● 產生element和bin
● 把element打包到bin
● link element內部
● 產生Ghost Pad

範例
/* 產生element和bin */
bin = gst_bin_new ("mybin");
gst_bin_add (GST_BIN (bin), sink);
/* 產生ghost pad */
pad = gst_element_get_static_pad (sink, "sink");
gst_element_add_pad (bin,
gst_ghost_pad_new ("sink", pad));
gst_object_unref (GST_OBJECT (pad));
把element的pad
轉給ghost pad

Bin
● Bin
○ 一組透過pad連接起來的elements
○ GStreamer提供針對bin的操作。只要操作bin，
GStreamer幫你搞定裏面的element。
■ 設定狀態
■ 傳送錯誤通知
■ …

Bin
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-bins.html
● 精確的來說，Bin是一個container element
○ 所有對element/GObject的操作都可以apply到bin

Pipeline
● Pipeline
○ 一種bin
○ 最高層的bin，和一般bin的差別是他提供介面給應用程
式控制
○ 實作上面，每個pipe都是單獨的thread
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-intro-basics-bins.html

使用bin
● 產生pipeline給應用程式使用
● 產生bin
● 產生element處理實體資料
● 打包成bin
● 告訴pipeline處理bin
● 連連看
● 開工

範例
/* 1. 產生pipeline給應用程式使用 */
pipeline = gst_pipeline_new ("my_pipeline");
/* 2. 產生bin */
bin = gst_bin_new ("my_bin");
/* 3. 產生element處理實體資料 */
source = gst_element_factory_make ("fakesrc", "source");
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-bin-create.html

範例
/* 4. 打包成bin */
gst_bin_add_many (GST_BIN (bin), source, sink, NULL);
/* 5. 告訴pipeline處理bin */
gst_bin_add (GST_BIN (pipeline), bin);
/* 6. 連連看 */
gst_element_link (source, sink);
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-bin-create.html

Overview
● Element
● Pad
● Bin and pipeline
● Communication
○ bus and message
○ buffer

Bus
● 用來傳遞GStreamer framework和應用程式
之間的訊息

Communication
● 對象：Pipeline、element、應用程式
● 方式
○ buffer object
■ 對象：element之間
■ 用於傳送Streaming需要的資料
■ 單向的從source 到 sink
○ event object
■ 對象：
● Element之間
● 應用程式到element
■ 雙向
■ source 到 sink的event可支援和streaming 同步

Communication
● 對象：Pipeline、element、應用程式
● 方式
○ message object
■ 對象：element到應用程式
■ 支援同步或非同步方式
■ Thread safe
○ Queries object
■ 對象：
● 應用程式到pipeline
● Element之間
■ 用來讓應用程式查詢狀態如已播放時間等
■ 為同步傳輸。表示應用程式送出query要等到
pipeline回應才能繼續執行。

圖示
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-intro-basics-communication.html
➀
➁
➂
➃

More about Bus and Message
● Pipeline產生時就會自動分配Bus資源
● 使用方式
○ 使用GLib/Gtk+ main loop去
i. 告訴loop要聽bus event，從對應的callback參數中
去撈event如
● GST_MESSAGE_EOS
● GST_MESSAGE_ERROR
● ..
ii. polling

使用GLib/Gtk+ main loop 處理message (1)
● 撰寫callback，撈想看的event
● 應用程式中
○ 告訴main loop要聽bus event，前面的callback為參數
○ 啟動main loop

範例
/* 1. 寫callback */
my_bus_callback (...)
{
...
switch (GST_MESSAGE_TYPE (message)) {
case GST_MESSAGE_ERROR:
…
}
}
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-bus.html

範例
/* 以下都在main() 裏面 */
/* 2. 我要從main loop 聽GStreamer bus event */
bus = gst_pipeline_get_bus (GST_PIPELINE (pipeline));
bus_watch_id = gst_bus_add_watch (bus,
my_bus_callback, NULL);
gst_object_unref (bus);
/* 3. 開工 */
loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE);
g_main_loop_run (loop);
….
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-bus.html
上頁callback
function

使用GLib/Gtk+ main loop 處理message (2)
● 直接註冊signal callback
bus = gst_pipeline_get_bus (GST_PIPELINE (pipeline);
gst_bus_add_signal_watch (bus);
g_signal_connect (bus, "message::error", G_CALLBACK
(cb_message_error), NULL);
g_signal_connect (bus, "message::eos", G_CALLBACK
(cb_message_eos), NULL);
Callback function for
events

Messages
● 格式
○ message source
■ 從哪個element送出
○ message type
○ timestamp
● 分類
○ 錯誤或警告通知
○ 播放結束通知 (EOS)
○ Tag：和metadata 相關
○ 狀態改變，如從PLAYING轉換到PAUSE
○ 緩衝相關
○ Element自訂訊息

More about Buffer
● GStreamer element之間實際傳送的多媒體資
料
● GStreamer幫你弄buffer 機制
● 包含
○ 指標
○ timestamp
○ reference count。減到零自動GG
○ flag

典型Buffer生命週期
● Source element: 新增分配、分配記憶體空間、
放資料、傳給Sink element
● Sink element: 從buffer讀資料、處理資料、
unreference buffer、framework發現reference
count變為0所以釋放相關資源

Environment
● Ubuntu 12.04.4 64-bit

Element Information
● gst-inspect oggdemux
○ Class hierarchy
○ Details

手冊Hello World範例程式
● 程式說明
● 編譯
● Demo

程式描述
● 出處:
○ http://gstreamer.freedesktop.
org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-helloworld.html#section-
helloworld
● 目的：從檔案播放 Ogg影片中Vorbis格式的聲音
http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-helloworld.html

架構 Recap
ogg為一個container。
可放audio/video等資料
vorbis為一種聲音格式
需要把解出來的資料轉
成音效卡支援的格式

元件
Elements
Pads

程式架構
● Element訊息處理Callback
● 處理pad add event
● 主程式
○ 準備
■ 分配資源
● elements
● GLib mainloop協助處理message
■ 把element打包成pipeline
■ 連連看
■ 設定通訊及相關callback
○ 開始執行
○ 結束、清場

很囉唆的細節，請自行斟酌
/* 1. Element訊息處理Callback */
bus_call (...)
{
GMainLoop *loop = (GMainLoop *) data;
switch (GST_MESSAGE_TYPE (msg)) {
case GST_MESSAGE_EOS:
g_main_loop_quit (loop);
break;
...
}
}
播放結束處理

/* 2. 處理pad add event */
on_pad_added(..., GstPad *pad, gpointer data)
{
GstPad *sinkpad;
GstElement *decoder = (GstElement *) data;
….
sinkpad = gst_element_get_static_pad (decoder, "sink");
gst_pad_link (pad, sinkpad);
gst_object_unref (sinkpad);
}
oggdemux動態產
生pad，所以產生
時才link decoder

main(...)
{
...
/* 3. 初始化 GStreamer和GLib mainloop */
gst_init (&argc, &argv);
loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE);
….
/* 接下頁 */

/* 4. 分配資源 */
pipeline = gst_pipeline_new ("audio-player");
source = gst_element_factory_make ("filesrc",
"file-source");
demuxer = gst_element_factory_make ("oggdemux",
"ogg-demuxer");
decoder = gst_element_factory_make ("vorbisdec",
"vorbis-decoder");
conv = gst_element_factory_make ("audioconvert",
"converter");
sink = gst_element_factory_make ("autoaudiosink",
"audio-output");

/* 5. 告訴程式開哪個檔案 */
g_object_set (G_OBJECT (source), "location",
argv[1], NULL);
/* 6. 叫mainloop聽GStreamer bus */
bus = gst_pipeline_get_bus (GST_PIPELINE (pipeline));
bus_watch_id = gst_bus_add_watch (bus,
bus_call,
loop);
gst_object_unref (bus);
前面的callback

/* 7. 打包 */
gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline),
source, demuxer, decoder, conv, sink, NULL);
/* 8. 連連看 */
gst_element_link (source, demuxer);
gst_element_link_many (decoder, conv, sink, NULL);
/* 9. 註冊要處理的event */
g_signal_connect (demuxer, "pad-added", G_CALLBACK
(on_pad_added), decoder);
oggdemux動態產
生pad，所以產生
時才link decoder
前面的callback
callback
吃的參數

/* 10. 將pipeline內的elements狀態設為可以播放 */
gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_PLAYING);
/* 11. 開工 */
g_main_loop_run (loop);

/* 12. 收工 */
gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_NULL);
gst_object_unref (GST_OBJECT (pipeline));
g_source_remove (bus_watch_id);
g_main_loop_unref (loop);
}
狀態設成null,
element要自行釋
放資源
bus_call() 中呼叫g_main_loop_quit
(loop)就會到這邊

編譯參數
● gcc -Wall helloworld.c -o helloworld $(pkg-
config --cflags --libs gstreamer-1.0)
$ echo $(pkg-config --cflags --libs gstreamer-0.10)
-pthread -I/usr/include/gstreamer-0.10 -
I/usr/include/glib-2.0 -I/usr/lib/x86_64-linux-gnu/glib-2.0
/include -I/usr/include/libxml2 -pthread -lgstreamer-0.10
-lgobject-2.0 -lgmodule-2.0 -lgthread-2.0 -lrt -lxml2 -
lglib-2.0
Ubuntu 12.04.4使
用0.10

Outline
● Backgrounds
● Terminology
● Demo
● References

References
● GStreamer - Wikipedia
○ http://en.wikipedia.org/wiki/GStreamer
● Overview of the design of GStreamer
○ http://cgit.freedesktop.
org/gstreamer/gstreamer/plain/docs/design/part-
overview.txt
● Application Development Manual
○ http://gstreamer.freedesktop.org/documentation/

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