GStreamer官方入门课程6：如何用Pad（焊点）把GStreamer元素链接在在一起？看一下媒体格式和 Pad 能力分析

Pad功能是GStreamer的一个基本元素，尽管大多数时候它们是不可见的，因为框架会自动处理它们。这个理论性的教程显示：

• 什么是Pad功能。
• 如何找回它们。
• 何时取回它们。
• 为什么你要知道他们。

1. 引言

(1) Pads

正如已经显示的那样，Pads允许信息进入和离开元素。Pad的功能（简称Caps），然后，指定什么样的信息可以通过Pad。例如，“分辨率为320x200像素和每秒30帧的RGB视频”，或“每采样音频16位，每秒44100个采样的5.1通道”，甚至mp3或h264等压缩格式。

pad可以支持多种功能（例如，视频接收器可以支持不同类型的RGB或YUV格式的视频），并且可以将功能指定为范围（例如，音频接收器可以支持每秒1到48000个采样率）。然而，从一个Pad到另一个Pad的实际信息必须只有一个明确指定的类型。通过一个称为协商的过程，两个连接的焊盘在一个通用类型上达成一致，因此焊盘的能力成为固定的（它们只有一个类型，不包含范围）。下面示例代码的演练应该可以清楚地说明这一切。

为了将两个元素链接在一起，它们必须共享一个共同的功能子集（否则它们可能无法相互理解）。这是能力的主要目标。

作为应用程序开发人员，通常通过将元素链接在一起来构建管道（如果在所有元素（如playbin）中使用all，则程度会小一些）。在这种情况下，您需要知道元素的Pad Caps（正如我们熟悉的那样），或者至少知道当GStreamer拒绝将两个元素与协商错误链接时它们是什么。

(2) Pad 模板

Pad是从Pad模板创建的，它表示Pad可能拥有的所有功能。模板对于创建几个相似的Pad很有用，并且还允许元素之间的连接提前拒绝：如果其Pad模板的功能没有公共子集（它们的交集为空），则无需进一步协商。

Pad模板可以看作是协商过程的第一步。随着过程的发展，实际的pad被实例化，它们的能力被改进，直到它们被修复（或者协商失败）。

(3) Pad功能示例

SINK template: 'sink'
  Availability: Always
  Capabilities:
    audio/x-raw
               format: S16LE
                 rate: [ 1, 2147483647 ]
             channels: [ 1, 2 ]
    audio/x-raw
               format: U8
                 rate: [ 1, 2147483647 ]
             channels: [ 1, 2 ]

这个Pad是一个Sink，在这个元素上总是可用的（我们暂时不讨论可用性）。它支持两种媒体，都是整数格式的原始音频（audio/x-raw）：有符号、16位小尾数和无符号8位。方括号表示一个范围：例如，通道数从1到2不等。

SRC template: 'src'
  Availability: Always
  Capabilities:
    video/x-raw
                width: [ 1, 2147483647 ]
               height: [ 1, 2147483647 ]
            framerate: [ 0/1, 2147483647/1 ]
               format: { I420, NV12, NV21, YV12, YUY2, Y42B, Y444, YUV9, YVU9, Y41B, Y800, Y8, GREY, Y16 , UYVY, YVYU, IYU1, v308, AYUV, A420 }

video/x-raw表示此源Pad输出原始视频。它支持广泛的维度和帧率，以及一组YUV格式（大括号表示一个列表）。所有这些格式都表示图像平面的不同打包和子采样。

(3) 最后的说明

您可以使用Basic tutorial 10:GStreamer tools中描述的gst-inspect-1.0工具来了解任何GStreamer元素的大写。

请记住，有些元素会查询底层硬件以获取支持的格式，并相应地提供其Pad Caps（它们通常在进入就绪状态或更高状态时这样做）。因此，所示的cap可能因平台而异，甚至因执行的不同而不同（尽管这种情况很少见）。

本教程将实例化两个元素（这次是通过它们的工厂），显示它们的Pad模板，链接它们并设置要播放的管道。在每次状态更改时，都会显示sink元素的Pad的功能，因此您可以观察协商是如何进行的，直到Pad Caps固定为止。

2. 一个简单的Pad功能示例

将此代码复制到名为basic-tutorial-6.c的文本文件中（或在GStreamer安装中找到它）。

基础教程-6.c

#include <gst/gst.h>

/* Functions below print the Capabilities in a human-friendly format */
static gboolean print_field (GQuark field, const GValue * value, gpointer pfx) {
  gchar *str = gst_value_serialize (value);

  g_print ("%s  %15s: %s\n", (gchar *) pfx, g_quark_to_string (field), str);
  g_free (str);
  return TRUE;
}

static void print_caps (const GstCaps * caps, const gchar * pfx) {
  guint i;

  g_return_if_fail (caps != NULL);

  if (gst_caps_is_any (caps)) {
    g_print ("%sANY\n", pfx);
    return;
  }
  if (gst_caps_is_empty (caps)) {
    g_print ("%sEMPTY\n", pfx);
    return;
  }

  for (i = 0; i < gst_caps_get_size (caps); i++) {
    GstStructure *structure = gst_caps_get_structure (caps, i);

    g_print ("%s%s\n", pfx, gst_structure_get_name (structure));
    gst_structure_foreach (structure, print_field, (gpointer) pfx);
  }
}

/* Prints information about a Pad Template, including its Capabilities */
static void print_pad_templates_information (GstElementFactory * factory) {
  const GList *pads;
  GstStaticPadTemplate *padtemplate;

  g_print ("Pad Templates for %s:\n", gst_element_factory_get_longname (factory));
  if (!gst_element_factory_get_num_pad_templates (factory)) {
    g_print ("  none\n");
    return;
  }

  pads = gst_element_factory_get_static_pad_templates (factory);
  while (pads) {
    padtemplate = pads->data;
    pads = g_list_next (pads);

    if (padtemplate->direction == GST_PAD_SRC)
      g_print ("  SRC template: '%s'\n", padtemplate->name_template);
    else if (padtemplate->direction == GST_PAD_SINK)
      g_print ("  SINK template: '%s'\n", padtemplate->name_template);
    else
      g_print ("  UNKNOWN!!! template: '%s'\n", padtemplate->name_template);

    if (padtemplate->presence == GST_PAD_ALWAYS)
      g_print ("    Availability: Always\n");
    else if (padtemplate->presence == GST_PAD_SOMETIMES)
      g_print ("    Availability: Sometimes\n");
    else if (padtemplate->presence == GST_PAD_REQUEST)
      g_print ("    Availability: On request\n");
    else
      g_print ("    Availability: UNKNOWN!!!\n");

    if (padtemplate->static_caps.string) {
      GstCaps *caps;
      g_print ("    Capabilities:\n");
      caps = gst_static_caps_get (&padtemplate->static_caps);
      print_caps (caps, "      ");
      gst_caps_unref (caps);

    }

    g_print ("\n");
  }
}

/* Shows the CURRENT capabilities of the requested pad in the given element */
static void print_pad_capabilities (GstElement *element, gchar *pad_name) {
  GstPad *pad = NULL;
  GstCaps *caps = NULL;

  /* Retrieve pad */
  pad = gst_element_get_static_pad (element, pad_name);
  if (!pad) {
    g_printerr ("Could not retrieve pad '%s'\n", pad_name);
    return;
  }

  /* Retrieve negotiated caps (or acceptable caps if negotiation is not finished yet) */
  caps = gst_pad_get_current_caps (pad);
  if (!caps)
    caps = gst_pad_query_caps (pad, NULL);

  /* Print and free */
  g_print ("Caps for the %s pad:\n", pad_name);
  print_caps (caps, "      ");
  gst_caps_unref (caps);
  gst_object_unref (pad);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
  GstElement *pipeline, *source, *sink;
  GstElementFactory *source_factory, *sink_factory;
  GstBus *bus;
  GstMessage *msg;
  GstStateChangeReturn ret;
  gboolean terminate = FALSE;

  /* Initialize GStreamer */
  gst_init (&argc, &argv);

  /* Create the element factories */
  source_factory = gst_element_factory_find ("audiotestsrc");
  sink_factory = gst_element_factory_find ("autoaudiosink");
  if (!source_factory || !sink_factory) {
    g_printerr ("Not all element factories could be created.\n");
    return -1;
  }

  /* Print information about the pad templates of these factories */
  print_pad_templates_information (source_factory);
  print_pad_templates_information (sink_factory);

  /* Ask the factories to instantiate actual elements */
  source = gst_element_factory_create (source_factory, "source");
  sink = gst_element_factory_create (sink_factory, "sink");

  /* Create the empty pipeline */
  pipeline = gst_pipeline_new ("test-pipeline");

  if (!pipeline || !source || !sink) {
    g_printerr ("Not all elements could be created.\n");
    return -1;
  }

  /* Build the pipeline */
  gst_bin_add_many (GST_BIN (pipeline), source, sink, NULL);
  if (gst_element_link (source, sink) != TRUE) {
    g_printerr ("Elements could not be linked.\n");
    gst_object_unref (pipeline);
    return -1;
  }

  /* Print initial negotiated caps (in NULL state) */
  g_print ("In NULL state:\n");
  print_pad_capabilities (sink, "sink");

  /* Start playing */
  ret = gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_PLAYING);
  if (ret == GST_STATE_CHANGE_FAILURE) {
    g_printerr ("Unable to set the pipeline to the playing state (check the bus for error messages).\n");
  }

  /* Wait until error, EOS or State Change */
  bus = gst_element_get_bus (pipeline);
  do {
    msg = gst_bus_timed_pop_filtered (bus, GST_CLOCK_TIME_NONE, GST_MESSAGE_ERROR | GST_MESSAGE_EOS |
        GST_MESSAGE_STATE_CHANGED);

    /* Parse message */
    if (msg != NULL) {
      GError *err;
      gchar *debug_info;

      switch (GST_MESSAGE_TYPE (msg)) {
        case GST_MESSAGE_ERROR:
          gst_message_parse_error (msg, &err, &debug_info);
          g_printerr ("Error received from element %s: %s\n", GST_OBJECT_NAME (msg->src), err->message);
          g_printerr ("Debugging information: %s\n", debug_info ? debug_info : "none");
          g_clear_error (&err);
          g_free (debug_info);
          terminate = TRUE;
          break;
        case GST_MESSAGE_EOS:
          g_print ("End-Of-Stream reached.\n");
          terminate = TRUE;
          break;
        case GST_MESSAGE_STATE_CHANGED:
          /* We are only interested in state-changed messages from the pipeline */
          if (GST_MESSAGE_SRC (msg) == GST_OBJECT (pipeline)) {
            GstState old_state, new_state, pending_state;
            gst_message_parse_state_changed (msg, &old_state, &new_state, &pending_state);
            g_print ("\nPipeline state changed from %s to %s:\n",
                gst_element_state_get_name (old_state), gst_element_state_get_name (new_state));
            /* Print the current capabilities of the sink element */
            print_pad_capabilities (sink, "sink");
          }
          break;
        default:
          /* We should not reach here because we only asked for ERRORs, EOS and STATE_CHANGED */
          g_printerr ("Unexpected message received.\n");
          break;
      }
      gst_message_unref (msg);
    }
  } while (!terminate);

  /* Free resources */
  gst_object_unref (bus);
  gst_element_set_state (pipeline, GST_STATE_NULL);
  gst_object_unref (pipeline);
  gst_object_unref (source_factory);
  gst_object_unref (sink_factory);
  return 0;
}

3. 代码分析

print_字段、print_caps和print_pad_模板以人性化的格式简单地显示功能结构。如果您想了解GstCaps结构的内部组织，请阅读GStreamer关于Pad Caps的文档。

/* Shows the CURRENT capabilities of the requested pad in the given element */
static void print_pad_capabilities (GstElement *element, gchar *pad_name) {
  GstPad *pad = NULL;
  GstCaps *caps = NULL;

  /* Retrieve pad */
  pad = gst_element_get_static_pad (element, pad_name);
  if (!pad) {
    g_printerr ("Could not retrieve pad '%s'\n", pad_name);
    return;
  }

  /* Retrieve negotiated caps (or acceptable caps if negotiation is not finished yet) */
  caps = gst_pad_get_current_caps (pad);
  if (!caps)
    caps = gst_pad_query_caps (pad, NULL);

  /* Print and free */
  g_print ("Caps for the %s pad:\n", pad_name);
  print_caps (caps, "      ");
  gst_caps_unref (caps);
  gst_object_unref (pad);
}

gst_element_get_static_pad()从给定元素检索命名的pad。这个垫子是静态的，因为它总是存在于元素中。要了解关于Pad可用性的更多信息，请阅读关于Pad的GStreamer文档。

然后我们调用gst_pad_get_current_caps()来检索pad的当前功能，根据协商过程的状态，这些功能可以被修复，也可以不被修复。它们甚至可能不存在，在这种情况下，我们调用gst_pad_query_caps()来检索当前可接受的pad功能。当前可接受的Caps将是Pad模板处于空状态的Caps，但在以后的状态中可能会发生变化，因为可能会查询实际的硬件功能。

然后我们打印这些功能。

/* Create the element factories */
source_factory = gst_element_factory_find ("audiotestsrc");
sink_factory = gst_element_factory_find ("autoaudiosink");
if (!source_factory || !sink_factory) {
  g_printerr ("Not all element factories could be created.\n");
  return -1;
}

/* Print information about the pad templates of these factories */
print_pad_templates_information (source_factory);
print_pad_templates_information (sink_factory);

/* Ask the factories to instantiate actual elements */
source = gst_element_factory_create (source_factory, "source");
sink = gst_element_factory_create (sink_factory, "sink");

在前面的教程中，我们直接使用gst_element_factory_make()创建了元素，并跳过了有关工厂的讨论，但现在我们将这样做。GstElementFactory负责实例化由其工厂名称标识的特定类型的元素。

可以使用gst_element_factory_find()创建“videotestsrc”类型的工厂，然后使用它使用gst_factory_create()实例化多个“videotestsrc”元素。gst_element_factory_make()实际上是gst_element_factory_find()+gst_element_factory_create()的快捷方式。

Pad模板已经可以通过工厂访问，因此一旦工厂创建，它们就会被打印出来。

我们跳过管道创建并启动，转到状态更改消息处理：

case GST_MESSAGE_STATE_CHANGED:
  /* We are only interested in state-changed messages from the pipeline */
  if (GST_MESSAGE_SRC (msg) == GST_OBJECT (pipeline)) {
    GstState old_state, new_state, pending_state;
    gst_message_parse_state_changed (msg, &old_state, &new_state, &pending_state);
    g_print ("\nPipeline state changed from %s to %s:\n",
        gst_element_state_get_name (old_state), gst_element_state_get_name (new_state));
    /* Print the current capabilities of the sink element */
    print_pad_capabilities (sink, "sink");
  }
  break;

这只是在每次管道状态更改时打印当前的Pad功能。您应该看到，在输出中，初始功能（Pad模板的功能）是如何逐步细化的，直到它们完全固定为止（它们包含一个没有范围的类型）。

4. 小结

本教程显示：

• 什么是Pad功能和Pad模板功能。
• 如何使用gst_pad_get_current_caps（）或gst_pad_query_caps（）检索它们。
• 它们有不同的含义，这取决于管道的状态（最初它们表示所有可能的功能，后来它们表示当前协商的Pad上限）。
• 必须事先知道两个元素是否可以连接在一起。
• 可以使用gst-inspect-1.0工具（如基本教程10:GStreamer工具中所述）找到焊盘盖。

下一个教程将展示如何将数据手动注入GStreamer管道并从中提取。
请记住，附在本页上的是教程的完整源代码和构建教程所需的任何附件文件。欢迎阅读本系列课程，下次咱们再见！