GStreamer基础教程07——多线程和Pad的有效性

目标

      GStreamer会自动处理多线程这部分，但在有些情况下，你需要手动对线程做解耦。本教程会教你怎样才能做到这一点，另外也展示了Pad的有效性。主要内容包括：

      如何针对部分的pipeline建立一个新的线程

      什么是Pad的有效性

      如何复制流

介绍

多线程

      GStreamer是一个支持多线程的框架。这就说明，如果有必要它会在内部自动创建/销毁线程。比如：在应用线程中把流解出来。而且，plugin在自身也可以任意的创建线程，比如一个视频解码器为了充分利用4核CPU的能力，可以创建4个线程。

      这里最重要的是，当应用在建立pipeline时可以明确一个branch（一部分pipeline）在另一个线程中运行（比如，让音频解码和视频解码同时运行）。

      这个可以用queue element来达到这个目的，运行的时候sink pad仅仅负责把数据放到queue里面，同时在另一个线程里把数据从queue里面取出并向下发送。这个element同样可以用来做缓冲，这点在后面讲述流的教程时可以看到。Queue的大小事可以用设置属性的方法来设置的。

一个pipeline例子

      这个例子建立的pipeline如下图所示。

      这里的源是一个合成的音频信号（一个连续的tone），这个音频信号会被tee element分成两路。一路发送信号到声卡，另一个就在屏幕上渲染一个波形。

      从图上看，queue会创建一个新的线程，所以整个pipeline有3个线程在运行。通常来说，有多于一个的sink element时就需要多个线程。这是因为在同步时，sink通常是阻塞起来等待所有其他的sink都准备好，如果仅仅只有一个线程是无法做到这一点的。

Request pads

      在《GStreamer基础教程03——动态pipeline》里面，我们看见了一个初始时没有pad的element(uridecodebin)，pad会在数据流到element时才会出现。这种pad被成为Sometimes Pad，平时的那种一直存在的pad被称为Always Pad。

      第三种pad称为Request Pad，这是根据需要来建立的。经典的例子就是tee element——有1个输入pad而没有输出pad，需要有申请，tee  element才会生成。通过这种方法，输入流可以被复制成多份。和Always Pad比起来，Request Pad因为并非一直存在，所以是不能自动连接element的，这点在下面的例子中可以看到。

      另外，在PLAYING或PAUSED状态下去获得pad需要注意（Pad阻塞，本教程没有讲到这点），在NULL和READY状态去获得pad就没有这个问题。

      闲话少说，上代码。

简单地多线程例子

#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;
  GstPadTemplate *tee_src_pad_template;
  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 ("ffmpegcolorspace", "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", 3, 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_src_pad_template = gst_element_class_get_pad_template (GST_ELEMENT_GET_CLASS (tee), "src%d");
  tee_audio_pad = gst_element_request_pad (tee, tee_src_pad_template, NULL, NULL);
  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_request_pad (tee, tee_src_pad_template, NULL, NULL);
  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;
}

工作流程

  /* 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 ("ffmpegcolorspace", "csp");
  video_sink = gst_element_factory_make ("autovideosink", "video_sink");

      上面图中所有的element都在这里创建了。

      audiotestsrc会创建一个合成的tone，wavescope会像示波器一样用一个音频信号来渲染出一个波形。我们前面已经用过autoaudiosink和autovideosink这两个element了。

      转换element（audio convert，audioresample和ffmpegcolorspace）也是必须的，它们可以保证pipeline可以正确地连接。事实上，音频和视频的sink的Caps是由硬件确定的，所以你在设计时是不知道audiotestsrc和wavescope是否可以匹配上。如果Caps能够匹配，这些element的行为就类似于直通——对信号不做任何修改，这对于效率的影响基本可以忽略不计。

  /* Configure elements */
  g_object_set (audio_source, "freq", 215.0f, NULL);
  g_object_set (visual, "shader", 0, "style", 3, NULL);

      为了更好的演示做了小小的调整：audiotestsrc的“freq”属性设置成215Hz，wavescope设置“shader”和“style”，让波形连续。用gst-inspect可以更好的了解这几个element的属性。

  /* 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;
  }

      这块代码在pipeline里加入了所有的element并且把可以自动连接的element都连接了起来（就是Always Pad）。

  /* Manually link the Tee, which has "Request" pads */
  tee_src_pad_template = gst_element_class_get_pad_template (GST_ELEMENT_GET_CLASS (tee), "src%d");
  tee_audio_pad = gst_element_request_pad (tee, tee_src_pad_template, NULL, NULL);
  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_request_pad (tee, tee_src_pad_template, NULL, NULL);
  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);

      为了连接Request Pad，需要获得对element的“requesting”。一个element可能可以创建不同种类的Request Pad，所以，当请求Pad生成时，必须提供想要的Pad模板。Pad模板可以用gst_element_class_get_pad_template()方法来获得，而且用它们的名字来区分开。在tee element的文档里面我们可以看到两个pad模板，分别被称为“sink”（sink pad）和“src%d”（Request Pad）。

      一旦我们有了Pad模板，我们就用gst_element_request_pad()方法向tee请求两个Pad——分别给音频分支和视频分支。

      然后我们去获得下游的element需要连接Request Pad的Pad，这些通常都是Always Pad，所以我们用get_element_get_static_pad()方法去获得。

      最后，我们用gst_pad_link()方法把pad连接起来。在gst_element_link()和gst_element_link_many()方法里面也是调用这个函数来连接的。

      我们获得的这个sink pad需要通过gst_object_unref()来释放。Request Pad是在我们不需要的时候释放，也就是在程序的最后。

      就像平常一样，我们设置pipeline到PLAYING状态，等待一个错误消息或者EOS消息到达。剩下的所有事情就是清楚request pad。

  /* 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);

      gst_element_release_request_pad()可以释放tee的pad，但还需要调用gst_object_unref()才行。