Linux下基于Gstreamer的流媒體播放器設(shè)計(jì)

秦端振

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種Linux系統(tǒng)下的流媒體播放器。該播放器基于Gstreamer架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過RTSP插件和RTP/RTCP插件等的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了多媒體數(shù)據(jù)流的接收、解碼、回放以及控制等功能。

關(guān)鍵詞：Gstreamer； 流媒體； RTSP； RTP/RTCP

中圖分類號(hào)：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2013）03-149-002

1．前言

流媒體技術(shù)以流的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸媒體，具有良好的實(shí)時(shí)性和交互性。隨著3G、4G等高速移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展成熟和多媒體智能移動(dòng)設(shè)備的普及，流媒體技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展。本文基于GStreamer架構(gòu)，采用RTP/RTCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)了一種流媒體播放器，處理芯片采用OMAP3430，操作系統(tǒng)為嵌入式Linux系統(tǒng)，借助高速網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的流媒體播放。

2．相關(guān)技術(shù)介紹

2.1流媒體技術(shù)。流媒體是指以流的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸音頻、視頻和多媒體文件的形式。流媒體文件格式是支持采用流式傳輸及播放的媒體格式。流式傳輸方式是將視頻和音頻等多媒體文件經(jīng)過特殊的壓縮方式分成一個(gè)個(gè)壓縮包，由服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)傳送。用戶采用內(nèi)容緩存的方式，只需要進(jìn)行很短時(shí)間的緩沖，就可以一邊播放一邊下載，而不需要提前下載整個(gè)文件。

流媒體傳輸一般都是采用建立在udp協(xié)議上的rtp/rtsp實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議。相對(duì)于注重傳輸質(zhì)量的tcp協(xié)議來說，udp協(xié)議更加注重傳輸速度，這種協(xié)議對(duì)于實(shí)時(shí)性要求很高的流媒體文件來說，無(wú)疑是更加合適的。

2.2Gstreamer概述。GStreamer是一種流媒體應(yīng)用框架，采用了基于插件（plugin）和管道（pipeline）的體系結(jié)構(gòu)，框架中的所有的功能模塊都被實(shí)現(xiàn)成可以插拔的組件（component），并且在需要的時(shí)候能夠很方便地安裝到任意一個(gè)管道上，由于所有插件都通過管道機(jī)制進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換，因此很容易利用已有的各種插件“組裝”出一個(gè)功能完善的多媒體應(yīng)用程序。其主要功能模塊包括元件、襯墊、箱柜等。

元件(Elements)是Gstreamer框架中所有可用組件的基礎(chǔ)，是組成管道的基本構(gòu)件。元件可以分為數(shù)據(jù)源元件、過濾器元件、接收器元件等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入、處理和輸出等功能。

襯墊（pad）是元件（element）與外界的連接通道，每個(gè)襯墊都帶有特定的功能信息，通過將不同元件的襯墊依次連接起來構(gòu)成一條媒體處理管道，使數(shù)據(jù)在流經(jīng)管道的過程能夠被各個(gè)元件正常處理，最終就可以實(shí)現(xiàn)特定的多媒體功能。

箱柜(Bins):箱柜是一個(gè)可以裝載元件的容器，同時(shí)其自身也是一個(gè)GstElement對(duì)象，也能夠被用來容納其他的箱柜對(duì)象。

2.3實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP/RTCP）。RTP/RTCP協(xié)議棧由兩個(gè)相互緊湊的協(xié)議組成，其中RTP協(xié)議負(fù)責(zé)傳送具有實(shí)時(shí)特征的多媒體數(shù)據(jù)，而RTCP協(xié)議負(fù)責(zé)反饋控制、監(jiān)測(cè)QoS、監(jiān)視和傳遞相關(guān)信息。由于流媒體數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于傳輸實(shí)時(shí)性的要求遠(yuǎn)高于傳輸可靠性，RTP/RTCP數(shù)據(jù)通常采用UDP/IP封裝，它們共同完成網(wǎng)絡(luò)傳輸層的功能。

2.4實(shí)時(shí)流媒體協(xié)議（RTSP）。RTSP協(xié)議是一種對(duì)流媒體數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行控制的應(yīng)用級(jí)協(xié)議。通過RTSP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)音視頻的控制、點(diǎn)播等功能。

3．流媒體播放器的實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計(jì)的流媒體播放器，可以分為以下幾個(gè)模塊：用戶界面、RTSP控制模塊、RTP/RTCP傳輸模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、解碼模塊、視音頻輸出模塊。如圖1所示。用戶通過用戶界面與客戶端交互，RTSP模塊響應(yīng)用戶界面發(fā)送的命令，建立RTP數(shù)據(jù)傳輸會(huì)話，會(huì)話建立之后，由RTP/RTCP模塊循環(huán)接收RTP數(shù)據(jù)包并進(jìn)行排序，然后轉(zhuǎn)換模塊對(duì)RTP數(shù)據(jù)進(jìn)行解包，轉(zhuǎn)換成原始的音視頻數(shù)據(jù)，然后送入解碼模塊進(jìn)行解碼，最后通過音視頻輸出模塊將媒體展示給用戶。

圖1流媒體播放器架構(gòu)

用戶界面是客戶端跟用戶之間交互的界面，它包括兩部分內(nèi)容：一是媒體播放控制，比如暫停、快進(jìn)等；二是媒體內(nèi)容的展示，比如視頻畫面的顯示等。在Linux系統(tǒng)下，本文利用GTK+庫(kù)開發(fā)GUI框架。

RTSP模塊用于會(huì)話的建立和控制，它提供響應(yīng)界面操作的接口，直接響應(yīng)界面發(fā)送的命令。RTSP也提供互聯(lián)的雙方或多方的一個(gè)傳輸方式和編碼方式的協(xié)商操作，在網(wǎng)絡(luò)允許的情況下，建立一條最佳的傳輸通道。當(dāng)客戶端用戶選擇服務(wù)器上某項(xiàng)流媒體內(nèi)容的時(shí)候，播放器會(huì)通過RTSP協(xié)議，與服務(wù)器建立會(huì)話，通知服務(wù)器往本地RTP接收端口發(fā)送音視頻數(shù)據(jù)。

RTP/RTCP模塊為流媒體播放器的核心組成部分，當(dāng)RTSP建立傳輸會(huì)話之后，RTP和RTCP會(huì)各使用一個(gè)端口，RTP端口會(huì)循環(huán)接收RTP數(shù)據(jù)包,同時(shí)RTCP端口會(huì)周期性的發(fā)送RTCP報(bào)，RTCP包中包含已發(fā)送的數(shù)據(jù)包的數(shù)量、丟失的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)等統(tǒng)計(jì)資料，因此，服務(wù)器可以利用這些信息動(dòng)態(tài)的改變傳輸速率，甚至改變有效載荷類型。RTP包由RTP包頭和RTP數(shù)據(jù)構(gòu)成，RTP包頭中包含了一些可以較好保證流數(shù)據(jù)連續(xù)性實(shí)時(shí)性的信息，如序列號(hào)、時(shí)間戳等。序列號(hào)可以保證到達(dá)客戶端的RTP包的連續(xù)，而時(shí)間戳可以同步音視頻包。根據(jù)包頭中的時(shí)間戳接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行重新排序，然后傳送到轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行處理。

4．小結(jié)

本文采用Gstreamer架構(gòu)，對(duì)RTP/RTCP/RTSP協(xié)議進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了一種基于Linux系統(tǒng)的流媒體播放器，通過構(gòu)建RTP/RTCP流媒體傳輸插件，實(shí)現(xiàn)了流媒體數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和播放，在終端設(shè)備中可以取得良好的流媒體播放效果。

這種基于Gsreamer的媒體播放器具備良好的靈活性和可移植性，借助高速傳播網(wǎng)絡(luò)，特別適合在各種不同類型的智能終端實(shí)現(xiàn)流媒體的接收和播放等功能，在視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程會(huì)議、視頻教學(xué)、多媒體娛樂等多種不同場(chǎng)合都可以獲得廣泛應(yīng)用。

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