OpenHarmony 3.1 Release版本关键特性解析——OpenHarmony新音视频引擎——HiStreamer
目录
一、HiStreamer产生背景
二、“管道+插件”，实现弹性部署
三、HiStreamer逻辑架构
四、HiStreamer插件开发及实例
五、结束语
OpenAtom OpenHarmony（以下简称“OpenHarmony”）是由开放原子开源基金会（OpenAtom Foundation）孵化及运营的开源项目，目标是面向全场景、全连接、全智能时代，基于开源的方式，搭建一个智能终端设备操作系统的框架和平台，促进万物互联产业的繁荣发展。面对万物互联时代种类众多、且差异巨大的终端设备，我们为 OpenHarmony 打造了一款新的音视频引擎——HiStreamer。
一、HiStreamer产生背景
数字多媒体技术在过去的数十年里得到了飞速的发展，音乐、电话、电视、电影、视频会议等等，伴随着我们度过每一天。为了给用户提供丰富的多媒体处理能力，业界已经有比较成熟的音视频引擎，比如开源的音视频引擎 GStreamer。为什么我们还要打造一款新的音视频引擎呢？
随着万物互联时代的到来，越来越多的智能化设备出现在我们的生活中。比如：智能冰箱可以通过屏幕和声音，告诉人们储藏的菜品快要过期了；智能闸机可以通过人脸识别，自动完成检票工作；智能门锁可以通过语音和视频，提升开锁的效率和安全性......
与PC、手机等标准（Standard）设备不同，很多智能化设备的CPU处理能力比较弱、内存也比较小，传统的音视频引擎无法支持此类设备。HiStreamer 应运而生，既支持轻量级的 Mini/Small 设备，也支持 Standard 设备（目前支持部分功能）。HiStreamer 在不断发展和完善中，未来将会支持 Standard 设备的更多功能。
二、“管道+插件”，实现弹性部署
为了支持 Mini/Small/Standard 设备，HiStreamer 采用管道（Pipeline）和插件（plugin）的软件架构，从而可以根据设备的硬件和需求差异进行弹性部署。HiStreamer 把音视频处理的每个过程抽象成节点，上一个节点的输出，作为下一个节点的输入，把多个节点连接起来，整体形成一个管道（Pipeline），完成音视频的数据读取、解封装、解码、输出的完整流程。同时，插件可以为 Pipeline 的节点提供丰富的扩展功能，让 HiSteamer 的音视频处理能力更强大。
1. Pipeline框架介绍
为了让大家理解 HiStreamer 的 Pipeline 框架，下面以 MP3 音频播放为例讲解：
输入是一个 MP3 文件，输出是播放出的音乐，这中间经过了很多步骤。
先来看一下 MP3 文件结构：
图1 MP3文件结构
MP3 文件由 ID3 Metadata 容器头和若干 MP3 Frame（MP3 数据帧）构成。每个 MP3 Frame 又由 MP3 Header（MP3 头信息）和 MP3 Data 构成。这一系列的 MP3 Frame 称为 ES Data（ Element Stream Data）。
● ID3 Metadata：容器头，主要包括标题、艺术家、专辑、音轨数量等。
● MP3 Header：包含 MP3 Sync word（标识 MP3 数据帧起始位置）和 MPEG 版本信息等。
● MP3 Data：包含压缩的音频信息。
播放 MP3 文件，首先需要把 MP3 文件数据读进来，然后去掉 ID3 Metadata 容器头（即解封装），再把一系列 MP3 Frame 解压缩成 PCM（Pulse-Code Modulation）数据，最后驱动喇叭发声。这个过程按顺序可以抽象成如下四个节点：
图2 MP3音频播放的Pipeline
1. 输入节点（MediaSourceFilter）: 读取 MP3 原始数据，传给下一个节点。
2. 解封装节点（DemuxerFilter）: 解析 ID3 Metadata 容器头信息，作为后续节点的参数输入，并且把一帧帧 MP3 Frame（即 ES Data）传给后续的解码节点。
3. 解码节点（AudioDecoderFilter）: 把 ES Data 解码成 PCM 数据，传给输出节点。
4. 输出节点（AudioSinkFilter）: 输出 PCM 数据，驱动喇叭发声。
由以上示例可知，HiStreamer 通过 Pipeline 框架把音视频处理的每个过程抽象成一个个节点。这些节点是解耦的，可以灵活拼装，从而可以根据业务需要拼装出不同的 Pipeline。同时，为了使多个节点能更好地协同工作，HiStreamer 还支持节点间的参数自动协商。
2. HiStreamer插件介绍
了解了 HiStreamer 的 Pipeline 框架后，我们再来看看 HiStreamer 插件。
HiStreamer 的 Pipeline 框架的很多节点（比如输入节点、解封装节点、解码节点、输出节点等）都支持插件扩展。通过插件，节点的功能变得更加丰富、更加强大。
插件的应用场景非常广泛，比如：
● 媒体格式非常多，且以后还会有新的格式产生，可以通过插件支持新的媒体格式。
● 不同 OS 平台或设备，处理方式存在差异，可以通过插件支持不同的处理方式。
● 不同类型的设备，需求不同，能提供的 CPU/ROM/RAM 资源多少也不同，也可以通过插件来支持。
3. 弹性部署
HiStreamer 基于管道（Pipeline）和插件（plugin）的软件架构，可以根据设备的硬件和需求差异实现弹性部署。
图3 HiStreamer弹性部署
如图 3 所示，Mini 设备（比如音箱），它的 CPU 处理能力很弱，ROM/RAM 资源很少，需要的功能也比较少，只需要音频播放功能。HiStreamer 可以配置成只支持音频播放，并且选择轻量级的插件，配置同步解码模式，减少资源消耗。而 Small 设备，CPU 处理能力强一些，ROM/RAM 空间大一些，需要音频播放和视频播放功能。HiStreamer 可以配置成支持音视频播放，并且选择功能更强的插件。
三、HiStreamer逻辑架构
经过上面的介绍，我们了解了 HiStreamer 的“管道+插件”的软件架构。下面我们再来看看 HiStreamer 的详细的逻辑架构。
图4 HiStreamer逻辑架构图
HiStreamer 主要由 HiStreamer 引擎和 HiStreamer 插件构成。
其中，HiStreamer引擎又分为以下四层：
● 业务封装层：基于 Pipeline 封装实现播放器、录音机功能，简化上层应用使用。
● Pipeline 框架层：提供 Pipeline 和若干个节点（输入、解封装、解码和输出）的实现，支持把多个节点连接在一起形成 Pipeline。
● 插件管理层：用于插件生命周期管理，支持动态加载或静态链接两种方式使用插件。
● 工具库层：提供框架依赖的工具，隔离操作系统差异，提供调测功能。
HiStreamer 插件，则分为平台软件插件和厂商硬插件两类：
● 平台软件插件：由 OpenHarmony 平台提供，可跨产品复用的软件算法插件。
● 厂商硬插件：由厂商提供的基于硬件加速的插件，如硬件加速的编解码插件。
应用开发者可以直接使用现成的插件来实现多媒体功能，节省大量的开发时间。插件越丰富，HiStreamer 的音视频处理能力会更强大。欢迎广大开发者参与 HiStreamer 插件的开发，一起来丰富 HiStreamer 插件！
四、HiStreamer插件开发及实例
下面就为大家介绍 HiStreamer 插件的开发过程及实例讲解，感兴趣的小伙伴们赶紧学起来，一起参与 HiStreamer 插件开发吧~
1. 插件的开发
HiStreamer 插件的开发主要分为插件定义和功能实现两个部分。
（1）插件定义
HiStreamer 插件是通过 PLUGIN_DEFINITION 宏来定义的。以输入插件 FileSource 为例，定义代码如下：
std::shared_ptr
{
return std::make_shared
}
Status FileSourceRegister(const std::shared_ptr
{
SourcePluginDef definition;
definition.name = "FileSource";
definition.description = "File source";
definition.rank = 100; // 100: max rank
definition.protocol.emplace_back(ProtocolType::FILE);
definition.creator = FileSourcePluginCreator;
return reg->AddPlugin(definition);
}
//PLUGIN_DEFINITION传入四个参数
PLUGIN_DEFINITION(FileSource, LicenseType::APACHE_V2, FileSourceRegister, [] {});
使用 PLUGIN_DEFINITION 宏定义插件（即上面最后一行代码）时，传入了四个参数：
a) 插件名称：即示例中的“FileSource”。
b) License 信息：即示例中的“LicenseType::APACHE_V2”。
c) 插件注册函数：即示例中的“FileSourceRegister”，该函数描述了插件基本信息，包括插件对象创建函数，并且还调用 AddPlugin 把插件注册到系统中。
d) 插件反注册函数：可以传为空实现。
（2）功能实现
实现插件功能时，需根据要实现的插件类型，继承对应插件接口类，并实现相关接口。比如实现输入插件 FileSource，需要继承 SourcePlugin，并实现 SetSource、Read 等接口，代码如下：
// 定义FileSourcePlugin类继承SourcePlugin类
class FileSourcePlugin : public SourcePlugin {
// 实现SetSource接口, 设置要打开的文件路径
Status SetSource(std::shared_ptr
{
return OpenFile(source->GetSourceUri());
}
// 实现Read接口，它会读取数据用于后续处理
Status Read(std::shared_ptr
{
std::fread(bufData->GetWritableAddr(expectedLen), sizeof(char), expectedLen, fp_);
return Status::OK;
}
}
FileSource插件的完整代码可参考：
https://gitee.com/openharmony/multimedia_histreamer/tree/master/engine/plugin/plugins/source/file_source
2. 插件的部署
使用 PLUGIN_DEFINITION 定义的 HiStreamer 插件，可以是单一功能的插件，也可以是有多个功能的插件包。每个这样的插件或插件包，可以独立编译成.a或者.so，分别对应以下两种部署方式：
● 静态部署：一般用在 mini 设备上，插件编译成静态库.a，链接到系统中。
● 动态部署：一般用在 small/standard 设备上，插件编译成动态库.so，放到系统指定目录下，动态加载运行。
3. 插件的运行
插件开发完成且部署到系统之后，HiStreamer 启动时就会自动完成插件的注册。下一步，就是运行插件了。
运行新实现的插件，需要先满足该插件的运行条件。比如：FileSource 只会在播放本地文件时运行；MP3 解码插件只会在播放 MP3 文件时运行......
开发者可以通过日志信息，查看是否运行了自己的插件。如果有别的插件注册到系统中，导致自己的插件无法运行时，可以卸载引起干扰的插件。卸载动态部署的插件，删除对应的.so即可；卸载静态部署的插件，需要修改编译脚本取消对应插件的编译。
五、结束语
OpenHarmony 欢迎广大开发者一起加入 HiStreamer 插件开发，扩展自己想要的媒体功能，共同丰富 HiStreamer 媒体生态!
同时，预告大家：HiStreamer 的下一个版本将为 Standard 设备增强更多功能，敬请期待！
本期关于 HiStreamer 的介绍就到这里了。
更多HiStreamer信息，请参考：
multimedia_histreamer: Basic media framework module | 基础媒体框架组件 (gitee.com)
