PipeWire to nowoczesne środowisko multimedialne dla systemów opartych na Linuxie, które ułatwia wymianę treści audio i wideo pomiędzy komponentami systemu (szyna multimedialna). PipeWire implementuje funkcjonalność tradycyjnych systemów audio, takich jak PulseAudio, JACK i ALSA. Dodatkowo oferuje podobne funkcje dla zasobów wideo (w tym udostępnianie ekranu i kamery) z obsługą strumieni o niskim opóźnieniu, wysokiej wydajności i znacznie ulepszonym modelem bezpieczeństwa gotowym do pracy w kontenerach.
Dlaczego PipeWire?
PipeWire to przyszłościowa platforma multimedialna, która umożliwia dystrybucję treści multimedialnych wewnątrz systemu z pełną izolacją aplikacji, precyzyjną kontrolą polityki i wydajnością czasu rzeczywistego. W przeszłości, implementacja systemu z takimi funkcjami często oznaczała konieczność pisania całkowicie niestandardowego strumienia obsługi multimediów. Dzięki PipeWire, teraz można używać standardowego, otwartego frameworka.
Na poniższym diagamie widzimy architekturę PipeWire w Linux:
Korzyści z używania PipeWire:
- Zdolność do pracy w czasie rzeczywistym: Rdzeń PipeWire został zaprojektowany od podstaw do przetwarzania w czasie rzeczywistym. Unika alokacji lub innych procesów z nieprzewidywalnym czasem na ścieżce krytycznej, co pozwala na niezawodne działanie pod wymaganiami twardego czasu rzeczywistego.
- Niskie opóźnienie: W przeciwieństwie do PulseAudio i większości innych ogólnych systemów routingu strumieni, PipeWire jest zaprojektowany z myślą o niskim opóźnieniu. Może obsługiwać ramki trwające zaledwie 1,5 milisekundy, co czyni go odpowiednim dla aplikacji wymagających występów na żywo.
- Niski narzut: Obsługa strumieni o niskim opóźnieniu wymaga częstego przetwarzania danych multimedialnych. Aby taki framework był użyteczny, musi być lekki pod względem czasu przetwarzania. PipeWire jest zaprojektowany w taki sposób i przewyższa poprzednie rozwiązania.
- Przygotowany do profesjonalnego dźwięku: PipeWire łączy dwa systemy audio używane na pulpicie: JACK dla profesjonalnego dźwięku o niskim opóźnieniu i PulseAudio dla zwykłych zastosowań desktopowych. PipeWire jest zaprojektowany do obsługi obu przypadków, dostarczając bardzo niskie opóźnienie, jednocześnie nie marnując zasobów CPU.
- Multipleksowanie audio i wideo: Wszystkie nowoczesne systemy operacyjne mają serwer dźwięku, który służy do multipleksowania urządzeń dźwiękowych, pozwalając na równoczesne nagrywanie lub odtwarzanie dźwięku przez wiele aplikacji. Do tej pory Linux nie miał sposobu na multipleksowanie dostępu do urządzeń kamery. PipeWire to zmienia, multipleksując dostęp do urządzeń kamery w taki sam sposób, jak do audio.
- Gotowość do pracy w kontenerach: W świecie, gdzie bezpieczeństwo jest ważniejsze niż kiedykolwiek, a technologia kontenerów jest stosowana w różnych przypadkach użycia, PipeWire jest gotowy do pracy w kontenerach. Umożliwia konteneryzowanym aplikacjom dostęp do zasobów multimedialnych bez kompromitacji barier bezpieczeństwa kontenera.
- Wbudowana kontrola dostępu do mediów: Tradycyjne API oparte na Linuxie, takie jak ALSA, V4L2, PulseAudio i JACK, zawsze były zaprojektowane tak, że aplikacja, która ma dostęp do urządzenia multimedialnego, ma pełną kontrolę nad nim. Dzięki PipeWire możliwe jest wreszcie egzekwowanie polityk bezpieczeństwa, dając każdej aplikacji tylko dostęp, jaki potrzebuje do wykonania swojego zadania.
- Zarządzanie politykami zewnętrznymi: PipeWire nie narzuca zarządzania politykami. Będąc systemem opartym na grafie, eksponuje węzły do połączenia, ale decyzje o połączeniach pozostawia menedżerowi polityki. Ten menedżer to zewnętrzna aplikacja, która posiada i kontroluje politykę multimediów. W Collabora zaprojektowaliśmy WirePlumber, framework do tworzenia systemów polityki. Umożliwia twórcom urządzeń łatwe tworzenie polityk zgodnych z wymaganiami ich produktów.
- Kompatybilność z ALSA, PulseAudio, JACK i GStreamer: PipeWire, zaprojektowane jako następca istniejących systemów, takich jak PulseAudio i JACK, oferuje API zgodne z obiema. Zawiera również wtyczkę ALSA, dzięki czemu jego obecność jest przejrzysta dla natywnych aplikacji ALSA. Dodatkowo, dostarcza wtyczki GStreamer, umożliwiając pełny dostęp do funkcji specyficznych dla PipeWire z poziomu GStreamer.
- Rozszerzalność i dostosowywalność: PipeWire wykorzystuje modułowy design, który umożliwia dostosowywanie na wielu poziomach, od modyfikacji głębokich komponentów rdzeniowych, po rozszerzanie go narzędziami zewnętrznymi i filtrami multimedialnymi. Pozwala to na adaptację PipeWire do nawet najbardziej nietypowych przypadków użycia.
Biblioteki i szyny współpracujące z PipeWire
PipeWire współpracuje z wieloma bibliotekami i szynami w systemie Linux, aby zapewnić doskonałą obsługę multimediów. Oto niektóre z kluczowych komponentów, które współdziałają z PipeWire:
- ALSA (Advanced Linux Sound Architecture):
- Rola: ALSA zapewnia niskopoziomowy dostęp do kart dźwiękowych i jest podstawową warstwą dźwiękową w systemie Linux.
- Integracja z PipeWire: PipeWire korzysta z wtyczki ALSA, która umożliwia transparentną współpracę z natywnymi aplikacjami ALSA. Dzięki temu PipeWire może przechwytywać i routować strumienie dźwiękowe bezpośrednio z urządzeń ALSA.
- PulseAudio:
- Rola: PulseAudio jest serwerem dźwięku, który umożliwia zarządzanie i multipleksowanie urządzeń dźwiękowych. Jest powszechnie używany do obsługi dźwięku na pulpicie.
- Integracja z PipeWire: PipeWire oferuje zgodność API z PulseAudio, co pozwala aplikacjom przeznaczonym dla PulseAudio działać bez modyfikacji. PipeWire może zastąpić PulseAudio, oferując jednocześnie niższe opóźnienie i lepszą wydajność.
- JACK (Jack Audio Connection Kit):
- Rola: JACK jest systemem audio zaprojektowanym dla niskiego opóźnienia, używanym głównie w profesjonalnym środowisku audio.
- Integracja z PipeWire: PipeWire obsługuje API JACK, umożliwiając aplikacjom JACK korzystanie z PipeWire jako podstawowego serwera dźwięku. Dzięki temu, użytkownicy mogą cieszyć się niskim opóźnieniem i wysoką wydajnością, zachowując kompatybilność z istniejącymi aplikacjami JACK.
- GStreamer:
- Rola: GStreamer to framework multimedialny, który umożliwia tworzenie aplikacji do przetwarzania strumieni audio i wideo.
- Integracja z PipeWire: PipeWire dostarcza wtyczki GStreamer, które umożliwiają pełny dostęp do funkcji specyficznych dla PipeWire. Dzięki temu aplikacje GStreamer mogą bezpośrednio korzystać z PipeWire do zarządzania strumieniami multimedialnymi.
- WirePlumber:
- Rola: WirePlumber to framework do zarządzania politykami multimedialnymi stworzony przez Collabora.
- Integracja z PipeWire: WirePlumber działa jako menedżer polityk dla PipeWire, kontrolując, które węzły mogą się łączyć i jakie zasady obowiązują w systemie multimedialnym. Dzięki temu twórcy urządzeń mogą łatwo dostosować polityki do wymagań swoich produktów.
Współdziałanie komponentów
PipeWire, w połączeniu z powyższymi bibliotekami i szynami, tworzy zintegrowane środowisko multimedialne. ALSA dostarcza niskopoziomowy dostęp do sprzętu audio, podczas gdy PulseAudio i JACK zapewniają zgodność z istniejącymi aplikacjami. GStreamer umożliwia zaawansowane przetwarzanie multimediów, a WirePlumber pozwala na elastyczne zarządzanie politykami multimedialnymi. Dzięki temu PipeWire zapewnia wysoką wydajność, niskie opóźnienie i doskonałą obsługę multimediów w systemach Linux.
Mam nadzieję, że ten wpis na bloga pomoże w zrozumieniu, czym jest PipeWire i jakie korzyści może przynieść użytkownikom Linuxa.
