目前在做的在线直播教室，需要将老师分享的屏幕和老师的声音、学生的声音录制为一个视频文件，以便学生上课后还可以再看回放。
直播服务我们采用的是腾讯的视频服务，有现成的 SDK 可以用。但 SDK 自带的录制接口满足不了我们的需求，考察了 ffmpeg 和 GStreamer 后，决定在项目中使用 GStreamer 来实现。
在开始编写代码以前，先用命令行进行测试，命令行如下：
gst-launch-1.0.exe -v --gst-debug-level=4 flvmux name=mux ! tee name=t ! queue ! filesink name=file location=test.flv t. ! queue ! rtmpsink location="rtmp://live.abc.com/live/........" adder name=mix ! queue ! audiorate ! audioconvert ! voaacenc ! mux.audio videotestsrc name=screen_src ! queue ! videorate ! x264enc ! mux.video audiotestsrc name=send_audio_src ! queue ! audiorate ! mix. audiotestsrc wave=5 name=receive_audio_src ! queue ! audiorate ! mix.
命令看起来有点复杂，但其实逻辑挺简单的，看下面这个逻辑图就比较容易理解了（点击查看大图）
上面的命令中的推流地址需要替换为你的推流地址，如果没有，可以先把下面这部分内容去掉不推流
t. ! queue ! rtmpsink location="rtmp://live.abc.com/live/........"
另外这个命令是在 Windows 中的 MINGW64 的 bash 环境里面运行的， 如果在 Windows 的 cmd 环境中运行，把每行最后的 \ 和换行去掉就可以了。
上面命令中用到了几个关键的插件，分别解释一下：
adder： 音频混流，将两路音频混为一路
voaacenc：音频编码，将原始的音频流编码为 aac 格式
x264enc：视频编码，将原始的视频流编码为 h264 格式
flvmux：flv 组装，将视频和音频组装在一起
tee：分流器，将一路输入变为两路输出，以分别进行后续的处理。一路保存为文件，一路进行推流
filesink：文件存储，将输入数据存储到指定的文件中
rtmpsink：推流，将输入数据推流到指定的视频服务器
接下来进行代码实现，我们的项目是 QT C++ 项目，目前仅在 Windows 平台使用
将 gstream 管道的初始化等放在 GStreamProcess 类中，代码如下：
GStreamProcess.h
#pragma once
#include "stdafx.h"
#include <gst/gst.h>
#include <gst/app/gstappsrc.h>
#include <gst/base/gstbaseparse.h>
typedef struct _AppSrcOption AppSrcOption;
struct _AppSrcOption
{
_AppSrcOption()
: pipeline(nullptr)
, shareScreenAppsrc(nullptr)
, sendAudioAppsrc(nullptr)
, bus(nullptr)
, gloop(nullptr)
, width(0)
, height(0)
{}
GstElement *pipeline;
GstElement *shareScreenAppsrc;
GstElement *sendAudioAppsrc;
GstElement *receiveAudioAppsrc;
GstElement *rtmp;
GstBus *bus;
GMainLoop *gloop;
QString recordFileName;
iLiveSucCallback sucCallback;
iLiveErrCallback errCallback;
void* callbackData;
uint width;
uint height;
QString pushStreamUrl;
};
//int gstreamerInit(AppSrcOption *app, int argc, char *argv[]);
class GStreamProcess : public QThread
{
Q_OBJECT
public:
AppSrcOption* app;
protected:
void run() Q_DECL_OVERRIDE;
signals:
void resultReady(const QString &s);
};
GStreamProcess.cpp
#include "stdafx.h"
GST_DEBUG_CATEGORY(appsrc_pipeline_debug);
#define GST_CAT_DEFAULT appsrc_pipeline_debug
static gboolean
bus_message(GstBus * bus, GstMessage * message, AppSrcOption * app)
{
GST_DEBUG("got message %s",
gst_message_type_get_name(GST_MESSAGE_TYPE(message)));
switch (GST_MESSAGE_TYPE(message)) {
case GST_MESSAGE_ERROR: {
GError *err = NULL;
gchar *dbg_info = NULL;
gst_message_parse_error(message, &err, &dbg_info);
gchar* elename = GST_OBJECT_NAME(message->src);
g_printerr("ERROR from element %s: %s\n",
elename, err->message);
g_printerr("Debugging info: %s\n", (dbg_info) ? dbg_info : "none");
app->errCallback(-90001, err->message, app->callbackData);
g_error_free(err);
g_free(dbg_info);
g_main_loop_quit(app->gloop);
break;
}
case GST_MESSAGE_EOS: {
g_main_loop_quit(app->gloop);
break;
}
default:
break;
}
return TRUE;
}
void GStreamProcess::run()
{
GError *error = NULL;
int argc = 1;
char *mock[1] = {"empty"};
char **argv[1];
*argv = mock;
gst_init(&argc, argv);
GST_DEBUG_CATEGORY_INIT(appsrc_pipeline_debug, "appsrc-pipeline", 0,
"appsrc pipeline example");
app->gloop = g_main_loop_new(NULL, TRUE);
GstElement *pipeline = gst_parse_launch("flvmux name=mux ! queue ! tee name=t ! queue ! filesink name=file t. ! queue ! rtmpsink name=rtmp adder name=mix ! queue ! audiorate ! audioconvert ! voaacenc ! mux.audio appsrc name=screen_src ! queue ! videorate ! x264enc ! mux.video appsrc name=send_audio_src ! queue ! audiorate ! mix. appsrc wave=5 name=receive_audio_src ! queue ! audiorate ! mix.", NULL);
g_assert(pipeline);
app->bus = gst_pipeline_get_bus(GST_PIPELINE(pipeline));
g_assert(app->bus);
/* add watch for messages */
gst_bus_add_watch(app->bus, (GstBusFunc)bus_message, app);
/* 设置 screen src 属性 */
app->shareScreenAppsrc = gst_bin_get_by_name(GST_BIN(pipeline), "screen_src");
g_assert(app->shareScreenAppsrc);
GstCaps *caps = gst_caps_new_simple("video/x-raw",
"format", G_TYPE_STRING, "I420",
"width", G_TYPE_INT, app->width,
"height", G_TYPE_INT, app->height,
"framerate", GST_TYPE_FRACTION, 15, 1,
NULL);
gst_app_src_set_caps(GST_APP_SRC(app->shareScreenAppsrc), caps);
g_object_set(app->shareScreenAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
g_object_set(app->shareScreenAppsrc, "is-live", TRUE, NULL);
/* 设置 send audio src 属性 */
app->sendAudioAppsrc = gst_bin_get_by_name(GST_BIN(pipeline), "send_audio_src");
g_assert(app->sendAudioAppsrc);
caps = gst_caps_new_simple("audio/x-raw",
"format", G_TYPE_STRING, "S16LE",
"layout", G_TYPE_STRING, "interleaved",
"channels", G_TYPE_INT, 2,
"rate", G_TYPE_INT, 48000,
NULL);
gst_app_src_set_caps(GST_APP_SRC(app->sendAudioAppsrc), caps);
g_object_set(app->sendAudioAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
g_object_set(app->sendAudioAppsrc, "is-live", TRUE, NULL);
/* 设置 receive audio src 属性 */
app->receiveAudioAppsrc = gst_bin_get_by_name(GST_BIN(pipeline), "receive_audio_src");
g_assert(app->receiveAudioAppsrc);
caps = gst_caps_new_simple("audio/x-raw",
"format", G_TYPE_STRING, "S16LE",
"layout", G_TYPE_STRING, "interleaved",
"channels", G_TYPE_INT, 2,
"rate", G_TYPE_INT, 48000,
NULL);
gst_app_src_set_caps(GST_APP_SRC(app->receiveAudioAppsrc), caps);
g_object_set(app->receiveAudioAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
g_object_set(app->receiveAudioAppsrc, "is-live", TRUE, NULL);
/* 设置 filesink 属性 */
GstElement *filesink = gst_bin_get_by_name(GST_BIN(pipeline), "file");
g_assert(filesink);
g_object_set(G_OBJECT(filesink), "location", app->recordFileName.toStdString().c_str(), NULL);
/* 设置 rtmp 属性 */
GstElement *rtmp = gst_bin_get_by_name(GST_BIN(pipeline), "rtmp");
g_assert(rtmp);
g_object_set(G_OBJECT(rtmp), "location", app->pushStreamUrl.toStdString().c_str(), NULL);
/* go to playing */
gst_element_set_state(pipeline, GST_STATE_PLAYING);
//GST_DEBUG_BIN_TO_DOT_FILE_WITH_TS(GST_BIN(pipeline), GST_DEBUG_GRAPH_SHOW_ALL, "pipeline_dot");
app->pipeline = pipeline;
app->sucCallback(app->callbackData);
g_main_loop_run(app->gloop);
GST_DEBUG("stopping");
gst_element_set_state(app->pipeline, GST_STATE_NULL);
gst_object_unref(app->bus);
g_main_loop_unref(app->gloop);
}
上面代码中，比较关键的地方是 appsrc 的 format 属性需要设置为 GST_FORMAT_TIME，如果不设置的话，视频和音频会无法同步，就是下面这几行代码：
...
g_object_set(app->shareScreenAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
...
g_object_set(app->sendAudioAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
...
g_object_set(app->receiveAudioAppsrc, "format", GST_FORMAT_TIME, NULL);
然后在需要启动录制的地方开启线程，启动 GStreamer 处理线程（因为项目比较复杂，这里只截取部分）
...
m_pAppSrcOption = new AppSrcOption();
m_pAppSrcOption->recordFileName = filePath;
m_pAppSrcOption->pushStreamUrl = m_pushStreamUrl;
m_pAppSrcOption->callbackData = this;
m_pAppSrcOption->sucCallback = OnLocalRecordSuc;
m_pAppSrcOption->errCallback = OnLocalRecordErr;
m_pLocalRecordProcessThread = new GStreamProcess();
m_pLocalRecordProcessThread->app = m_pAppSrcOption;
connect(m_pLocalRecordProcessThread, &GStreamProcess::finished, m_pLocalRecordProcessThread, &QObject::deleteLater);
connect(m_pLocalRecordProcessThread, &GStreamProcess::finished, this, &MainForm::OnLocalRecordClose);
m_pLocalRecordProcessThread->start();
m_pFillBlankAudioTimer->start(2000);
...
接下来注入视频帧数据。 这个项目在分享屏幕时，每一帧的视频数据会回调指定方法。在回调方法中，我们将数据传给管道中的 shareScreenAppsrc
void MainForm::localVideoHook(const LiveVideoFrame* video_frame)
{
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline)
{
GstBuffer *buffer;
guint8 *ptr;
ptr = (guint8 *)g_malloc(video_frame->dataSize * sizeof(uint8));
if (NULL == ptr)
{
qDebug("OnLocalVideo::malloc failed!");
}
else
{
memcpy(ptr, video_frame->data, video_frame->dataSize);
buffer = gst_buffer_new_wrapped((void*)ptr, video_frame->dataSize);
//设置时间戳
GST_BUFFER_PTS(buffer) = gst_clock_get_time(m_pAppSrcOption->pipeline->clock) - m_pAppSrcOption->pipeline->base_time;
GstFlowReturn ret;
//注入视频帧数据
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->shareScreenAppsrc, "push-buffer", buffer, &ret);
gst_buffer_unref(buffer);
}
}
}
上面代码中，设置时间戳的代码非常关键，如果没有时间戳，会导致管道中的 videorate 由于缺少时间戳信息而失败。 这里的时间戳取的是：当前管道时间 - 管道启动时的时间
然后以类似的方式注入音频帧数据，音频帧有两路，一路为老师的声音，一路为学生的声音。 老师的声音：
void MainForm::sendAudioHook(const iLiveAudioFrame* audio_frame)
{
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline)
{
GstBuffer *buffer;
guint8 *ptr;
ptr = (guint8 *)g_malloc(audio_frame->dataSize * sizeof(uint8));
if (NULL == ptr)
{
qDebug("OnSendAudioCallback::malloc failed!");
}
else
{
memcpy(ptr, audio_frame->data, audio_frame->dataSize);
buffer = gst_buffer_new_wrapped((void*)ptr, audio_frame->dataSize);
//设置时间戳
GST_BUFFER_PTS(buffer) = gst_clock_get_time(m_pAppSrcOption->pipeline->clock) - m_pAppSrcOption->pipeline->base_time;
GstFlowReturn ret;
//注入音频帧数据
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->sendAudioAppsrc, "push-buffer", buffer, &ret);
gst_buffer_unref(buffer);
}
}
}
学生的声音：
void MainForm::receiveAudioHook(const iLiveAudioFrame* audio_frame)
{
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline)
{
GstBuffer *buffer;
guint8 *ptr;
ptr = (guint8 *)g_malloc(audio_frame->dataSize * sizeof(uint8));
if (NULL == ptr)
{
qDebug("receiveAudioHook::malloc failed!");
}
else
{
memcpy(ptr, audio_frame->data, audio_frame->dataSize);
buffer = gst_buffer_new_wrapped((void*)ptr, audio_frame->dataSize);
//设置时间戳
GST_BUFFER_PTS(buffer) = gst_clock_get_time(m_pAppSrcOption->pipeline->clock) - m_pAppSrcOption->pipeline->base_time;
GstFlowReturn ret;
//注入音频帧数据
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->receiveAudioAppsrc, "push-buffer", buffer, &ret);
gst_buffer_unref(buffer);
}
}
}
在项目中还有一个特殊的地方，因为声音并不是一直有数据的，如果学生没有连麦或老师没有开启麦克风，是没有音频帧数据回调的，这会导致音频混流时因为缺少数据而一直等待，造成阻塞。
这里采取了一个变通的方法，就是设置一个定时器，每隔 2 秒注入一帧空白数据。上面代码中的 m_pFillBlankAudioTimer->start(2000); 就是用于启动这个定时器的。下面是注入空白帧的代码：
//填充音频无信号时的空白声音，音频断流的话，会导致 adder 混流 block
void MainForm::OnFillBlankAudioTimer()
{
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline && m_pAppSrcOption->receiveAudioAppsrc)
{
GstBuffer *buffer;
guint size;
GstFlowReturn ret;
size = 3840;
buffer = gst_buffer_new_allocate(NULL, size, NULL);
gst_buffer_memset(buffer, 0, 0x0, size);
GST_BUFFER_PTS(buffer) = gst_clock_get_time(m_pAppSrcOption->pipeline->clock) - m_pAppSrcOption->pipeline->base_time;
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->receiveAudioAppsrc, "push-buffer", buffer, &ret);
gst_buffer_unref(buffer);
}
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline && m_pAppSrcOption->sendAudioAppsrc)
{
GstBuffer *buffer;
guint size;
GstFlowReturn ret;
size = 3840;
buffer = gst_buffer_new_allocate(NULL, size, NULL);
gst_buffer_memset(buffer, 0, 0x0, size);
GST_BUFFER_PTS(buffer) = gst_clock_get_time(m_pAppSrcOption->pipeline->clock) - m_pAppSrcOption->pipeline->base_time;
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->sendAudioAppsrc, "push-buffer", buffer, &ret);
gst_buffer_unref(buffer);
}
}
当需要结束混流和录制时，向管道中的各个 appsrc 发送 end-of-stream 消息，管道在处理完所有数据后，就会正常结束，关闭退出。
void MainForm::onBtnStopPushStream()
{
QMessageBox::StandardButton ret = QMessageBox::question(this, FromBits("确认"), FromBits("是否要停止视频录制？（多次录制会产生多个视频文件，会影响回放的体验，应尽量避免多次录制）"));
if (ret == QMessageBox::Yes)
{
stopPushStream();
if (m_pAppSrcOption && m_pAppSrcOption->pipeline)
{
GstFlowReturn ret;
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->shareScreenAppsrc, "end-of-stream", &ret);
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->sendAudioAppsrc, "end-of-stream", &ret);
g_signal_emit_by_name(m_pAppSrcOption->receiveAudioAppsrc, "end-of-stream", &ret);
m_pFillBlankAudioTimer->stop();
}
m_pushStreamStatus = E_ChangingPushStream;
setStatus(m_status);
}
}
之前我们在启动线程时，用下面这句代码注册了事件，当线程结束时会调用 OnLocalRecordClose 方法，可以在这个方法中更改 UI 控件的状态和释放资源
...
connect(m_pLocalRecordProcessThread, &GStreamProcess::finished, this, &MainForm::OnLocalRecordClose);
...
因为第一次使用 GStreamer 进行开发，走了很多弯路，踩了很多坑。好在最后还是完成了需要的功能，直播录制和推流的效果还是不错的。
但这个方案还存在一个问题，就是rtmp 推流时如果失败，会导致整个管道出错停止，这个还需要设法解决。
开发过程中参考了很多资料，比较有用的是下面这几个：
- appsrc 的 demo 代码
https://gist.github.com/nzjrs/725122/16ceee88aafae389bab207818e0661328921e1ab （需要FQ）
http://blog.csdn.net/u010312436/article/details/53610599
- GStreamer 时钟机制
https://gstreamer.freedesktop.org/documentation/application-development/advanced/clocks.html
- GStreamer 写日志和生成管道逻辑图的方法
https://gstreamer.freedesktop.org/documentation/tutorials/basic/debugging-tools.html
https://gstreamer.freedesktop.org/data/doc/gstreamer/head/gstreamer/html/gst-running.html
