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。OpenHarmony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:
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:
FileSource插件的完整代码可参考码云平台OpenHarmony项目:
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,想要了解更多HiStreamer的信息,请参考码云平台OpenHarmony项目:
https://gitee.com/openharmony/multimedia_histreamer