Android音视频编码(2)

Android本身提供了音视频编解码工具，很多时候是不需要第三方工具的，比如ffmpeg, OpenCV等，在android中引入第三库比较复杂，在Android音视频编码中介绍了如何引入第三方库libpng来进行进行图片处理，同时引入这些第三方库，是程序结构变得复杂。

本文介绍的音视频编解码利用的就是android自带的MediaCodec。视频编码之后，你可以对视频做任何形式的处理，比如添加广告，剪辑等等。

MediaCodec

官方文档： MediaCodec

MediaCodec class can be used to access low-level media codecs, i.e. encoder/decoder components. It is part of the Android low-level multimedia support infrastructure (normally used together with MediaExtractor, MediaSync, MediaMuxer, MediaCrypto, MediaDrm, Image, Surface, and AudioTrack.)

在这里插入图片描述
在其生命周期中，编解码器概念上存在三种状态：停止、执行和释放。停止状态实际上是三种状态的集合：未初始化、已配置和错误。而执行状态在概念上分为三个子状态：刷新、运行和流结束。
在这里插入图片描述

使用Buffers进行异步处理

Since Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP, the preferred method is to process data asynchronously by setting a callback before calling configure.

从Android5.0之后，谷歌就建议使用异步的方式。
在这里插入图片描述

 MediaCodec codec = MediaCodec.createByCodecName(name);MediaFormat mOutputFormat; // member variablecodec.setCallback(new MediaCodec.Callback() {@Overridevoid onInputBufferAvailable(MediaCodec mc, int inputBufferId) {ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(inputBufferId);// fill inputBuffer with valid data…codec.queueInputBuffer(inputBufferId, …);}@Overridevoid onOutputBufferAvailable(MediaCodec mc, int outputBufferId, …) {ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(outputBufferId);MediaFormat bufferFormat = codec.getOutputFormat(outputBufferId); // option A// bufferFormat is equivalent to mOutputFormat// outputBuffer is ready to be processed or rendered.…codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId, …);}@Overridevoid onOutputFormatChanged(MediaCodec mc, MediaFormat format) {// Subsequent data will conform to new format.// Can ignore if using getOutputFormat(outputBufferId)mOutputFormat = format; // option B}@Overridevoid onError(…) {…}@Overridevoid onCryptoError(…) {…}});codec.configure(format, …);mOutputFormat = codec.getOutputFormat(); // option Bcodec.start();// wait for processing to completecodec.stop();codec.release();

Since Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP, you should retrieve input and output buffers using getInput/OutputBuffer(int) and/or getInput/OutputImage(int) even when using the codec in synchronous mode

在5.0之前，使用同步的方式。通过 getInput/OutputBuffer(int) 或者getInput/OutputImage(int) 来获取输入输出流。

MediaCodec codec = MediaCodec.createByCodecName(name);codec.configure(format, …);MediaFormat outputFormat = codec.getOutputFormat(); // option Bcodec.start();for (;;) {int inputBufferId = codec.dequeueInputBuffer(timeoutUs);if (inputBufferId >= 0) {ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(…);// fill inputBuffer with valid data…codec.queueInputBuffer(inputBufferId, …);}int outputBufferId = codec.dequeueOutputBuffer(…);if (outputBufferId >= 0) {ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(outputBufferId);MediaFormat bufferFormat = codec.getOutputFormat(outputBufferId); // option A// bufferFormat is identical to outputFormat// outputBuffer is ready to be processed or rendered.…codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId, …);} else if (outputBufferId == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {// Subsequent data will conform to new format.// Can ignore if using getOutputFormat(outputBufferId)outputFormat = codec.getOutputFormat(); // option B}}codec.stop();codec.release();

音视频编解码

这里使用同步编码，异步解码。

使用场景是需要截取某一段视频某个时间段的内容，则需要首先对原视频进行解码，获取相应时间段的开始帧和结束帧率。然后根据从开始帧和结束帧对视频进行重新编码。

关于视频帧

在这里插入图片描述
I帧又称帧内编码帧，是一种自带全部信息的独立帧，无需参考其他图像便可独立进行解码，可以简单理解为一张静态画面。视频序列中的第一个帧始终都是I帧，因为它是关键帧。

P帧又称帧间预测编码帧，需要参考前面的I帧才能进行编码。表示的是当前帧画面与前一帧（前一帧可能是I帧也可能是P帧）的差别

B帧又称双向预测编码帧，也就是B帧记录的是本帧与前后帧的差别。也就是说要解码B帧，不仅要取得之前的缓存画面，还要解码之后的画面，通过前后画面的与本帧数据的叠加取得最终的画面。

这里直接使用获取的帧，可能是i,p,b帧，根据场景需要可以自己修改。

同步音视频编码
public class VideoEncoder {private static final String TAG = "VideoEncoder";private final static String MIME_TYPE = MediaFormat.MIMETYPE_VIDEO_AVC;private static final long DEFAULT_TIMEOUT_US = 10000;private MediaCodec mEncoder;private MediaMuxer mMediaMuxer;private int mVideoTrackIndex;private boolean mStop = false;private AudioEncode mAudioEncode;public void init(String outPath, int width, int height) {try {mStop = false;mVideoTrackIndex = -1;mMediaMuxer = new MediaMuxer(outPath, MediaMuxer.OutputFormat.MUXER_OUTPUT_MPEG_4);mEncoder = MediaCodec.createEncoderByType(MIME_TYPE);MediaFormat mediaFormat = MediaFormat.createVideoFormat(MIME_TYPE, width, height);mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatYUV420SemiPlanar);mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, width * height * 6);mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 30);mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 1);mEncoder.configure(mediaFormat, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);mEncoder.start();} catch (Throwable e) {e.printStackTrace();}}public void release() {mStop = true;if (mEncoder != null) {mEncoder.stop();mEncoder.release();mEncoder = null;}if (mMediaMuxer != null) {mMediaMuxer.stop();mMediaMuxer.release();mMediaMuxer = null;}if (mAudioEncode != null) {mAudioEncode.release();}}public void encode(byte[] yuv, long presentationTimeUs) {if (mEncoder == null || mMediaMuxer == null) {Log.e(TAG, "mEncoder or mMediaMuxer is null");return;}if (yuv == null) {Log.e(TAG, "input yuv data is null");return;}int inputBufferIndex = mEncoder.dequeueInputBuffer(DEFAULT_TIMEOUT_US);Log.d(TAG, "inputBufferIndex: " + inputBufferIndex);if (inputBufferIndex == -1) {Log.e(TAG, "no valid buffer available");return;}ByteBuffer inputBuffer = mEncoder.getInputBuffer(inputBufferIndex);inputBuffer.put(yuv);mEncoder.queueInputBuffer(inputBufferIndex, 0, yuv.length, presentationTimeUs, 0);while (!mStop) {MediaCodec.BufferInfo bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();int outputBufferIndex = mEncoder.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, DEFAULT_TIMEOUT_US);Log.d(TAG, "outputBufferIndex: " + outputBufferIndex);if (outputBufferIndex >= 0) {ByteBuffer outputBuffer = mEncoder.getOutputBuffer(outputBufferIndex);// write head infoif (mVideoTrackIndex == -1) {Log.d(TAG, "this is first frame, call writeHeadInfo first");mVideoTrackIndex = writeHeadInfo(outputBuffer, bufferInfo);}if ((bufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) == 0) {Log.d(TAG, "write outputBuffer");mMediaMuxer.writeSampleData(mVideoTrackIndex, outputBuffer, bufferInfo);}mEncoder.releaseOutputBuffer(outputBufferIndex, false);break; // 跳出循环}}}public void encodeAudio() {//音频混合mAudioEncode.encodeAudio();release();}private int writeHeadInfo(ByteBuffer outputBuffer, MediaCodec.BufferInfo bufferInfo) {byte[] csd = new byte[bufferInfo.size];outputBuffer.limit(bufferInfo.offset + bufferInfo.size);outputBuffer.position(bufferInfo.offset);outputBuffer.get(csd);ByteBuffer sps = null;ByteBuffer pps = null;for (int i = bufferInfo.size - 1; i > 3; i--) {if (csd[i] == 1 && csd[i - 1] == 0 && csd[i - 2] == 0 && csd[i - 3] == 0) {sps = ByteBuffer.allocate(i - 3);pps = ByteBuffer.allocate(bufferInfo.size - (i - 3));sps.put(csd, 0, i - 3).position(0);pps.put(csd, i - 3, bufferInfo.size - (i - 3)).position(0);}}MediaFormat outputFormat = mEncoder.getOutputFormat();if (sps != null && pps != null) {outputFormat.setByteBuffer("csd-0", sps);outputFormat.setByteBuffer("csd-1", pps);}int videoTrackIndex = mMediaMuxer.addTrack(outputFormat);mAudioEncode = new AudioEncode(mMediaMuxer);Log.d(TAG, "videoTrackIndex: " + videoTrackIndex);mMediaMuxer.start();return videoTrackIndex;}
}

音频编码：

public class AudioEncode {private  MediaMuxer mediaMuxer;private  int audioTrack;private MyExtractor audioExtractor;private MediaFormat audioFormat;public AudioEncode(MediaMuxer mediaMuxer) {audioExtractor = new MyExtractor(Constants.VIDEO_PATH);audioFormat = audioExtractor.getAudioFormat();if (audioFormat != null) {audioTrack = mediaMuxer.addTrack(audioFormat);}this.mediaMuxer = mediaMuxer;}@SuppressLint("WrongConstant")public void encodeAudio() {MediaCodec.BufferInfo bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024 * 1024);if (audioFormat != null) {//写完视频，再把音频混合进去int audioSize = 0;//读取音频帧的数据，直到结束while ((audioSize = audioExtractor.readBuffer(buffer, false)) > 0) {bufferInfo.offset = 0;bufferInfo.size = audioSize;bufferInfo.presentationTimeUs = audioExtractor.getSampleTime();bufferInfo.flags = audioExtractor.getSampleFlags();mediaMuxer.writeSampleData(audioTrack, buffer, bufferInfo);}}}public void  release() {this.audioExtractor.release();}
}
异步音视频解码

要使用sleepRender进行时间同步。

/*** describe：异步解码*/
public class AsyncVideoDecode extends BaseAsyncDecode {private static final String TAG = "AsyncVideoDecode";private Surface mSurface;private long mTime = -1;private int mOutputFormat = Constants.COLOR_FORMAT_NV12;private byte[] mYuvBuffer;private Map<Integer, MediaCodec.BufferInfo> map =new ConcurrentHashMap<>();private boolean writeAudioFlag = false;public AsyncVideoDecode(SurfaceTexture surfaceTexture, long progress) {super(progress);mSurface = new Surface(surfaceTexture);}private ByteArrayOutputStream outStream = new ByteArrayOutputStream();static VideoEncoder mVideoEncoder = null;@Overridepublic void start(){super.start();mediaCodec.setCallback(new MediaCodec.Callback() {@Overridepublic void onInputBufferAvailable(@NonNull MediaCodec codec, int index) {ByteBuffer inputBuffer = mediaCodec.getInputBuffer(index);int size = extractor.readBuffer(inputBuffer, true);long st = extractor.getSampleTime();if (size >= 0) {codec.queueInputBuffer(index,0,size,st,extractor.getSampleFlags());} else {//结束codec.queueInputBuffer(index,0,0,0,BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM);}}@Overridepublic void onOutputBufferAvailable(@NonNull MediaCodec codec, int index, @NonNull MediaCodec.BufferInfo info) {Message msg = new Message();msg.what = MSG_VIDEO_OUTPUT;Bundle bundle = new Bundle();bundle.putInt("index",index);bundle.putLong("time",info.presentationTimeUs);if (info.flags == BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM)  {if (mVideoEncoder != null)  {mVideoEncoder.encodeAudio();}}//当MediaCodeC配置了输出Surface时，此值返回nullImage image = codec.getOutputImage(index);Rect rect = image.getCropRect();
//                if (image != null) {
//                    Rect rect = null;
//                    try {
//                        rect = image.getCropRect();
//                    } catch (Exception e) {
//                        throw new RuntimeException(e);
//                    }if (mYuvBuffer == null) {mYuvBuffer = new byte[rect.width()*rect.height()*3/2];}
                    YuvImage yuvImage = new YuvImage(ConverUtils.getDataFromImage(image), ImageFormat.NV21, rect.width(), rect.height(), null);
                    yuvImage.compressToJpeg(rect, 100, outStream);
                    byte[] bytes = outStream.toByteArray();if (mVideoEncoder == null) {mVideoEncoder = new VideoEncoder();mVideoEncoder.init(Constants.OUTPUT_PATH,  rect.width(), rect.height());}getDataFromImage(image, mOutputFormat, rect.width(), rect.height());
//                    mVideoEncoder.encode(ConverUtils.getDataFromImage(image), info.presentationTimeUs);mVideoEncoder.encode(mYuvBuffer, info.presentationTimeUs);//                }
//                ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(index);
//                ConverUtils.convertByteBufferToBitmap(outputBuffer);msg.setData(bundle);mHandler.sendMessage(msg);}@Overridepublic void onError(@NonNull MediaCodec codec, @NonNull MediaCodec.CodecException e) {codec.stop();}@Overridepublic void onOutputFormatChanged(@NonNull MediaCodec codec, @NonNull MediaFormat format) {}});
//        mediaCodec.configure(mediaFormat,mSurface,null,0);mediaCodec.configure(mediaFormat,null,null,0);mediaCodec.start();}private void getDataFromImage(Image image, int colorFormat, int width, int height) {Rect crop = image.getCropRect();int format = image.getFormat();Log.d(TAG, "crop width: " + crop.width() + ", height: " + crop.height());Image.Plane[] planes = image.getPlanes();byte[] rowData = new byte[planes[0].getRowStride()];int channelOffset = 0;int outputStride = 1;for (int i = 0; i < planes.length; i++) {switch (i) {case 0:channelOffset = 0;outputStride = 1;break;case 1:if (colorFormat == Constants.COLOR_FORMAT_I420) {channelOffset = width * height;outputStride = 1;} else if (colorFormat == Constants.COLOR_FORMAT_NV21) {channelOffset = width * height + 1;outputStride = 2;} else if (colorFormat == Constants.COLOR_FORMAT_NV12) {channelOffset = width * height;outputStride = 2;}break;case 2:if (colorFormat == Constants.COLOR_FORMAT_I420) {channelOffset = (int) (width * height * 1.25);outputStride = 1;} else if (colorFormat ==Constants.COLOR_FORMAT_NV21) {channelOffset = width * height;outputStride = 2;} else if (colorFormat == Constants.COLOR_FORMAT_NV12) {channelOffset = width * height + 1;outputStride = 2;}break;default:}ByteBuffer buffer = planes[i].getBuffer();int rowStride = planes[i].getRowStride();int pixelStride = planes[i].getPixelStride();int shift = (i == 0) ? 0 : 1;int w = width >> shift;int h = height >> shift;buffer.position(rowStride * (crop.top >> shift) + pixelStride * (crop.left >> shift));for (int row = 0; row < h; row++) {int length;if (pixelStride == 1 && outputStride == 1) {length = w;buffer.get(mYuvBuffer, channelOffset, length);channelOffset += length;} else {length = (w - 1) * pixelStride + 1;buffer.get(rowData, 0, length);for (int col = 0; col < w; col++) {mYuvBuffer[channelOffset] = rowData[col * pixelStride];channelOffset += outputStride;}}if (row < h - 1) {buffer.position(buffer.position() + rowStride - length);}}}}@Overrideprotected int decodeType() {return VIDEO;}@Overridepublic boolean handleMessage(@NonNull Message msg) {switch (msg.what){case MSG_VIDEO_OUTPUT:try {if (mTime == -1) {mTime = System.currentTimeMillis();}Bundle bundle = msg.getData();int index = bundle.getInt("index");long ptsTime = bundle.getLong("time");sleepRender(ptsTime,mTime);
//                    if (ptsTime + extractor.getSampleDiffTime() >= progress &&  progress >= ptsTime)
//                    {
//                        writeAudioFlag = true;
//                    }
//                    if (writeAudioFlag) {mediaCodec.releaseOutputBuffer(index, false);
//                    }} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}break;default:break;}return super.handleMessage(msg);}/*** 数据的时间戳对齐**/private long sleepRender(long ptsTimes, long startMs) {/*** 注意这里是以 0 为出事目标的，info.presenttationTimes 的单位为微秒* 这里用系统时间来模拟两帧的时间差*/ptsTimes = ptsTimes / 1000;long systemTimes = System.currentTimeMillis() - startMs;long timeDifference = ptsTimes - systemTimes;// 如果当前帧比系统时间差快了，则延时以下if (timeDifference > 0) {try {//todo 受系统影响，建议还是用视频本身去告诉解码器 pts 时间Thread.sleep(timeDifference);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}return timeDifference;}
}

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