GStreamer基础教程08 - 多线程

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 -;
  }

  /* Configure elements */
  g_object_set (audio_source, "freq", 215.0f, NULL);
  g_object_set (visual, "shader", , "style", , 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 -;
  }

  /* 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 -;
  }
  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 ;
}

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-.c -o basic-tutorial- `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", , "style", , 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 -;
}

　　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 -;
}
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。

引用

https://gstreamer.freedesktop.org/documentation/tutorials/basic/multithreading-and-pad-availability.html?gi-language=c

作者：John.Leng

出处：http://www.cnblogs.com/xleng/

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