Guide to GStreamer Application Development Manual: CH1 to CH10

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1. GStreamer Application Development Manual 導讀 第一章到第十章 Wen Liao
2. 目標 了解GStreamer是什麼
3. 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);
4. Outline • Backgrounds • Overview • Demo • References
5. 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
6. 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 ◦ ….
7. GStreamer • 一種Multimedia framework • 以基於Ｃ語言開發的GObject發展 • 支援多平台 • LGPL
8. 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
9. Plugin • 一種Element • 大部分以static library形式 • 種類 ◦ codec ◦ container formats ◦ IO driver
10. http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-gstreamer.html
11. Outline • Backgrounds • Overview • Demo • References
12. 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
13. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication
14. 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
15. 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
16. 一般Element • 有輸入有輸出 • 應用： ◦ Filters ◦ convertors ◦ demuxers ◦ muxers ◦ codecs http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
17. Sink Element • 單純Consume資料，通常就是Render或是音 效卡 http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
18. 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 http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
19. 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 http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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); http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
24. 接關 /* 4. 連連看 */ if (!gst_element_link_many (source, filter, sink, NULL)) { g_warning ("Failed to link elements!"); } http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-elements.html
25. 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
26. 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.
27. 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
28. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication
29. 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
30. 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
31. 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
32. 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
33. 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 available\n"); return; } http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-caps-api.html
34. 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);
35. 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
36. 建立Ghost Pad • 產生element和bin • 把element打包到bin • link element內部 • 產生Ghost Pad
37. 範例 /* 產生element和bin */ sink = gst_element_factory_make ("fakesink", "sink"); 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
38. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication
39. 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 ▪ …
40. 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
41. 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
42. 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
43. 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"); sink = gst_element_factory_make ("fakesink", "sink"); http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-bin-create.html
44. 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
45. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication ◦ bus and message ◦ buffer
46. Bus • 用來傳遞GStreamer framework和應用程式 之間的訊息
47. 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
48. 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。
49. 圖示 http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/section-intro-basics-communication.html ➀ ➁ ➂ ➃
50. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication ◦ bus and message ◦ buffer
51. 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
52. 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
53. 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
54. 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
55. 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
56. 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
57. Overview • Element • Pad • Bin and pipeline • Communication ◦ bus and message ◦ buffer
58. 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
59. 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
60. Outline • Backgrounds • Overview • Demo • References
61. Environment • Ubuntu 12.04.4 64-bit
62. Element Information • gst-inspect oggdemux ◦ Class hierarchy ◦ Details
63. 手冊Hello World範例程式 • 程式說明 • 編譯 • Demo
64. 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
65. 架構 Recap http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-helloworld.html 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
66. 元件 Elements Pads http://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/manual/html/chapter-helloworld.html
67. 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
68. 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
69. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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
70. 很囉唆的細節，請自行斟酌 main(...) { ... /* 3. 初始化 GStreamer和GLib mainloop */ gst_init (&argc, &argv); loop = g_main_loop_new (NULL, FALSE); …. /* 接下頁 */
71. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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");
72. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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
73. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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
74. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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);
75. 很囉唆的細節，請自行斟酌 /* 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
76. 手冊Hello World範例程式 • 程式說明 • 編譯 • Demo
77. 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
78. 手冊Hello World範例程式 • 程式說明 • 編譯 • Demo
79. Outline • Backgrounds • Terminology • Demo • References
80. 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/