Android 音视频 - MediaCodec 编解码音视频
Posted 涂程
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Android 音视频 - MediaCodec 编解码音视频相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
作者：声网Agora
我们知道 Camera 采集回传的是 YUV 数据，AudioRecord 是 PCM，我们要对这些数据进行编码(压缩编码)，这里我们来说在 android 上音视频编解码逃不过的坑-MediaCodec。
MediaCodec
PSMediaCodec 可以用来
编/解码音/视频。
MediaCodec 简单介绍
MediaCodec 类可用于访问低级媒体编解码器，即编码器/解码器组件。 它是 Android 低级多媒体支持基础结构的一部分（通常与 MediaExtractor，MediaSync，MediaMuxer，MediaCrypto，MediaDrm，Image，Surface 和 AudioTrack 一起使用）。关于 MediaCodec 的描述可参看官方介绍MediaCodec
广义而言，编解码器处理输入数据以生成输出数据。 它异步处理数据，并使用一组输入和输出缓冲区。 在简单的情况下，您请求（或接收）一个空的输入缓冲区，将其填充数据并将其发送到编解码器进行处理。 编解码器用完了数据并将其转换为空的输出缓冲区之一。 最后，您请求（或接收）已填充的输出缓冲区，使用其内容并将其释放回编解码器。
PS 读者如果对生产者-消费者模型还有印象的话，那么 MediaCodec 的运行模式其实也不难理解。
下面是 MediaCodec 的简单类图
MediaCodec 状态机
在 MediaCodec 生命周期内，编解码器从概念上讲处于以下三种状态之一：Stopped，Executing 或 Released。Stopped 的集体状态实际上是三个状态的集合：Uninitialized，Configured 和 Error，而 Executing 状态从概念上讲经过三个子状态：Flushed，Running 和 Stream-of-Stream。
使用工厂方法之一创建编解码器时，编解码器处于未初始化状态。首先，您需要通过 configure（…）对其进行配置，使它进入已配置状态，然后调用 start（）将其移至执行状态。在这种状态下，您可以通过上述缓冲区队列操作来处理数据。
执行状态具有三个子状态：Flushed，Running 和 Stream-of-Stream。在 start（）之后，编解码器立即处于 Flushed 子状态，其中包含所有缓冲区。一旦第一个输入缓冲区出队，编解码器将移至“Running”子状态，在此状态下将花费大部分时间。当您将输入缓冲区与流结束标记排队时，编解码器将转换为 End-of-Stream 子状态。在这种状态下，编解码器将不再接受其他输入缓冲区，但仍会生成输出缓冲区，直到在输出端达到流结束为止。在执行状态下，您可以使用 flush（）随时返回到“刷新”子状态。
调用 stop（）使编解码器返回 Uninitialized 状态，随后可以再次对其进行配置。使用编解码器完成操作后，必须通过调用 release（）释放它。
在极少数情况下，编解码器可能会遇到错误并进入“错误”状态。使用来自排队操作的无效返回值或有时通过异常来传达此信息。调用 reset（）使编解码器再次可用。您可以从任何状态调用它，以将编解码器移回“Uninitialized”状态。否则，请调用 release（）以移至终端的“Released”状态。
PSMediaCodec 数据处理的模式可分为同步和异步，下面我们会一一分析
MediaCodec 同步模式
上代码
public H264MediaCodecEncoder(int width, int height) {
//设置MediaFormat的参数
MediaFormat mediaFormat = MediaFormat.createVideoFormat(MIMETYPE_VIDEO_AVC, width, height);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatYUV420Flexible);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, width * height * 5);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 30);//FPS
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 1);
try {
//通过MIMETYPE创建MediaCodec实例
mMediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType(MIMETYPE_VIDEO_AVC);
//调用configure,传入的MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE表示编码
mMediaCodec.configure(mediaFormat, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
//调用start
mMediaCodec.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
调用 putData 向队列中 add 原始 YUV 数据
public void putData(byte[] buffer) {
if (yuv420Queue.size() >= 10) {
yuv420Queue.poll();
}
yuv420Queue.add(buffer);
}
//开启编码
public void startEncoder() {
isRunning = true;
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.execute(new Runnable() {
@Override
public void run() {
byte[] input = null;
while (isRunning) {
if (yuv420Queue.size() > 0) {
//从队列中取数据
input = yuv420Queue.poll();
}
if (input != null) {
try {
//【1】dequeueInputBuffer
int inputBufferIndex = mMediaCodec.dequeueInputBuffer(TIMEOUT_S);
if (inputBufferIndex >= 0) {
//【2】getInputBuffer
ByteBuffer inputBuffer = null;
if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= android.os.Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
inputBuffer = mMediaCodec.getInputBuffer(inputBufferIndex);
} else {
inputBuffer = mMediaCodec.getInputBuffers()[inputBufferIndex];
}
inputBuffer.clear();
inputBuffer.put(input);
//【3】queueInputBuffer
mMediaCodec.queueInputBuffer(inputBufferIndex, 0, input.length, getPTSUs(), 0);
}
MediaCodec.BufferInfo bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
//【4】dequeueOutputBuffer
int outputBufferIndex = mMediaCodec.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, TIMEOUT_S);
if (outputBufferIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
MediaFormat newFormat = mMediaCodec.getOutputFormat();
if (null != mEncoderCallback) {
mEncoderCallback.outputMediaFormatChanged(H264_ENCODER, newFormat);
}
if (mMuxer != null) {
if (mMuxerStarted) {
throw new RuntimeException("format changed twice");
}
// now that we have the Magic Goodies, start the muxer
mTrackIndex = mMuxer.addTrack(newFormat);
mMuxer.start();
mMuxerStarted = true;
}
}
while (outputBufferIndex >= 0) {
ByteBuffer outputBuffer = null;
//【5】getOutputBuffer
if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= android.os.Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
outputBuffer = mMediaCodec.getOutputBuffer(outputBufferIndex);
} else {
outputBuffer = mMediaCodec.getOutputBuffers()[outputBufferIndex];
}
if (bufferInfo.flags == MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) {
bufferInfo.size = 0;
}
if (bufferInfo.size > 0) {
// adjust the ByteBuffer values to match BufferInfo (not needed?)
outputBuffer.position(bufferInfo.offset);
outputBuffer.limit(bufferInfo.offset + bufferInfo.size);
// write encoded data to muxer(need to adjust presentationTimeUs.
bufferInfo.presentationTimeUs = getPTSUs();
if (mEncoderCallback != null) {
//回调
mEncoderCallback.onEncodeOutput(H264_ENCODER, outputBuffer, bufferInfo);
}
prevOutputPTSUs = bufferInfo.presentationTimeUs;
if (mMuxer != null) {
if (!mMuxerStarted) {
throw new RuntimeException("muxer hasn't started");
}
mMuxer.writeSampleData(mTrackIndex, outputBuffer, bufferInfo);
}
}
mMediaCodec.releaseOutputBuffer(outputBufferIndex, false);
bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
outputBufferIndex = mMediaCodec.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, TIMEOUT_S);
}
} catch (Throwable throwable) {
throwable.printStackTrace();
}
} else {
try {
Thread.sleep(500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
});
}
PS 编解码这种耗时操作要在单独的线程中完成，我们这里有个缓冲队列
ArrayBlockingQueue<byte[]> yuv420Queue = new ArrayBlockingQueue<>(10);,用来接收从 Camera 回调中传入的 byte[] YUV 数据，我们又新建立了一个现成来从缓冲队列yuv420Queue中循环读取数据交给 MediaCodec 进行编码处理，编码完成的格式是由mMediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType(MIMETYPE_VIDEO_AVC);指定的，这里输出的是目前最为广泛使用的H264格式
完整代码请看H264MediaCodecEncoder
MediaCodec 异步模式
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
public H264MediaCodecAsyncEncoder(int width, int height) {
MediaFormat mediaFormat = MediaFormat.createVideoFormat(MIMETYPE_VIDEO_AVC, width, height);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatYUV420Flexible);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, width * height * 5);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 30);//FPS
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 1);
try {
mMediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType(MIMETYPE_VIDEO_AVC);
mMediaCodec.configure(mediaFormat, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
//设置回调
mMediaCodec.setCallback(new MediaCodec.Callback() {
@Override
/**
* Called when an input buffer becomes available.
*
* @param codec The MediaCodec object.
* @param index The index of the available input buffer.
*/
public void onInputBufferAvailable(@NonNull MediaCodec codec, int index) {
Log.i("MFB", "onInputBufferAvailable:" + index);
byte[] input = null;
if (isRunning) {
if (yuv420Queue.size() > 0) {
input = yuv420Queue.poll();
}
if (input != null) {
ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(index);
inputBuffer.clear();
inputBuffer.put(input);
codec.queueInputBuffer(index, 0, input.length, getPTSUs(), 0);
}
}
}
@Override
/**
* Called when an output buffer becomes available.
*
* @param codec The MediaCodec object.
* @param index The index of the available output buffer.
* @param info Info regarding the available output buffer {@link MediaCodec.BufferInfo}.
*/
public void onOutputBufferAvailable(@NonNull MediaCodec codec, int index, @NonNull MediaCodec.BufferInfo info) {
Log.i("MFB", "onOutputBufferAvailable:" + index);
ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(index);
if (info.flags == MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) {
info.size = 0;
}
if (info.size > 0) {
// adjust the ByteBuffer values to match BufferInfo (not needed?)
outputBuffer.position(info.offset);
outputBuffer.limit(info.offset + info.size);
// write encoded data to muxer(need to adjust presentationTimeUs.
info.presentationTimeUs = getPTSUs();
if (mEncoderCallback != null) {
//回调
mEncoderCallback.onEncodeOutput(H264_ENCODER, outputBuffer, info);
}
prevOutputPTSUs = info.presentationTimeUs;
if (mMuxer != null) {
if (!mMuxerStarted) {
throw new RuntimeException("muxer hasn't started");
}
mMuxer.writeSampleData(mTrackIndex, outputBuffer, info);
}
}
codec.releaseOutputBuffer(index, false);
}
@Override
public void onError(@NonNull MediaCodec codec, @NonNull MediaCodec.CodecException e) {
}
@Override
/**
* Called when the output format has changed
*
* @param codec The MediaCodec object.
* @param format The new output format.
*/
public void onOutputFormatChanged(@NonNull MediaCodec codec, @NonNull MediaFormat format) {
if (null != mEncoderCallback) {
mEncoderCallback.outputMediaFormatChanged(H264_ENCODER, format);
}
if (mMuxer != null) {
if (mMuxerStarted) {
throw new RuntimeException("format changed twice");
}
// now that we have the Magic Goodies, start the muxer
mTrackIndex = mMuxer.addTrack(format);
mMuxer.start();
mMuxerStarted = true;
}
}
});
mMediaCodec.start();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
完整代码请看H264MediaCodecAsyncEncoder
MediaCodec 小结
MediaCodec 用来音视频的编解码工作(这个过程有的文章也称为硬解)，通过MediaCodec.createEncoderByType(MIMETYPE_VIDEO_AVC)函数中的参数来创建音频或者视频的编码器，同理通过MediaCodec.createDecoderByType(MIMETYPE_VIDEO_AVC)创建音频或者视频的解码器。对于音视频编解码中需要的不同参数用MediaFormat来指定。
小结
本篇文章详细的对 MediaCodec 进行了分析，读者可根据博客对应 Demo 来进行实际操练。
放上 Demo 地址详细Demo
以上是关于Android 音视频 - MediaCodec 编解码音视频的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
Android 音视频 - MediaCodec 编解码音视频
给Android工程师的音视频教程之一文弄懂MediaCodec