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TUhjnbcbe - 2023/6/9 21:55:00
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MediaCodec是Android提供的用于对音视频进行编解码的类,它通过访问底层的codec来实现编解码的功能。是Androidmedia基础框架的一部分,通常和MediaExtractor,MediaSync,MediaMuxer,MediaCrypto,MediaDrm,Image,Surface和AudioTrack一起使用。

历史:

Android4.1,API16,MediaCodec的首个版本。

Android4.3,API18,扩展了一种通过Surface提供输入的方法(createInputSurface),这样允许输入来自于摄像头的预览或者是经过OpenGLES渲染。

Android5.0,API21,引入了“异步模式”。

强烈建议从示例代码开始了解MediaCodec,而不是试图从文档把它搞清楚。

2.支持的数据类型

编解码器支持的数据类型:压缩的音视频据、原始音频数据和原始视频数据。

数据通过ByteBuffers类来表示。

可以设置Surface来获取/呈现原始的视频数据,Surface使用本地的视频buffer,不需要进行ByteBuffers拷贝。可以让编解码器的效率更高。

通常在使用Surface的时候,无法访问原始的视频数据,但是可以使用ImageReader访问解码后的原始视频帧。在使用ByteBuffer的模式下,可以使用Image类和getInput/OutputImage(int)获取原始视频帧。

压缩数据:

MediaFormat#KEY_MIME格式类型。

对于视频类型,通常是一个单独的压缩视频帧。

对于音频数据,通常是一个单独的访问单元(一个编码的音频段通常包含由格式类型决定的几毫秒的音频),但是这个要求稍微宽松一些,因为一个buffer可能包含多个编码的音频访问单元。

在这两种情况下,buffer都不会在任意字节边界上开始或结束,而是在帧/访问单元边界上开始或结束,除非它们被BUFFER_FLAG_PARTIAL_FRAME标记。

原始音频buffer

原始音频buffer包含PCM音频数据的整个帧,这是每个通道按通道顺序的一个样本。每个样本都是一个AudioFormat#ENCODING_PCM_16BIT。

原始视频buffer

在ByteBuffer模式下,视频buffer根据它们的MediaFormat#KEY_COLOR_FORMAT进行布局。可以从getCodecInfo().MediaCodecInfo.getCapabilitiesForType.CodecCapability.colorFormats获取支持的颜色格式。视频编解码器可以支持三种颜色格式:

nativerawvideoformat:CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface,可以与输入/输出的Surface一起使用。

flexibleYUVbuffers例如CodecCapabilities.COLOR_FormatYUVFlexible,可以使用getInput/OutputImage(int)与输入/输出Surface一起使用,也可以在ByteBuffer模式下使用。

other,specificformats:通常只支持ByteBuffer模式。有些颜色格式是厂商特有的,其他定义在CodecCapabilities。对于等价于flexible格式的颜色格式,可以使用getInput/OutputImage(int)。

从Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP_MR1.开始,所有视频编解码器都支持flexible的YUV4:2:0buffer。

3.使用MediaCodec的编解码流程

一些编解码器对于它们的buffer要求是比较特殊的,比如内存对齐或是有特定的最小最大限制,为了适应广泛的可能性,buffer分配是由编解码器实现的。

这看起来和“零拷贝”原则是相悖的,但大部分情况发生拷贝的几率是比较小的,因为编解码器并不需要复制或调整这些数据来满足要求,而且大多数情况可以直接使用buffer,比如直接从磁盘或网络读取数据到buffer中,不需要复制。

MediaCodec采用异步方式处理数据,并且使用了一组输入输出buffer(ByteBuffer)。

使用者从MediaCodec请求一个空的输入buffer(ByteBuffer),填充满数据后将它传递给MediaCodec处理。

MediaCodec处理完这些数据并将处理结果输出至一个空的输出buffer(ByteBuffer)中。

使用者从MediaCodec获取输出buffer的数据,消耗掉里面的数据,使用完输出buffer的数据之后,将其释放回编解码器。

流程如下图所示:

4.MediaCodec的生命周期

MediaCodec的生命周期有三种状态:Stopped、Executing、Released。

Stopped,包含三种子状态:Uninitialized、Configured、Error。

Executing,包含三种子状态:Flushed、Running、End-of-Stream。

Stopped的三种子状态:

Uninitialized:当创建了一个MediaCodec对象,此时处于Uninitialized状态。可以在任何状态调用reset()方法使MediaCodec返回到Uninitialized状态。

Configured:使用configure(…)方法对MediaCodec进行配置转为Configured状态。

Error:MediaCodec遇到错误时进入Error状态。错误可能是在队列操作时返回的错误或者异常导致的。

Executing的三种子状态:

Flushed:在调用start()方法后MediaCodec立即进入Flushed子状态,此时MediaCodec会拥有所有的缓存。可以在Executing状态的任何时候通过调用flush()方法返回到Flushed子状态。

Running:一旦第一个输入缓存(inputbuffer)被移出队列,MediaCodec就转入Running子状态,这种状态占据了MediaCodec的大部分生命周期。通过调用stop()方法转移到Uninitialized状态。

End-of-Stream:将一个带有end-of-stream标记的输入buffer入队列时,MediaCodec将转入End-of-Stream子状态。在这种状态下,MediaCodec不再接收之后的输入buffer,但它仍然产生输出buffer直到end-of-stream标记输出。

Released

当使用完MediaCodec后,必须调用release()方法释放其资源。调用release()方法进入最终的Released状态。

5.MediaCodecAPI简介

上面MediaCodec的生命周期的图中包含了MediaCodec一些主要的方法,下面对

MediaCodec主要的API做一个介绍:

MediaCodec创建:

createDecoderByType/createEncoderByType:根据特定MIME类型(如video/avc)创建codec。

createByCodecName:知道组件的确切名称(如OMX.google.mp3.decoder)的时候,根据组件名创建codec。使用MediaCodecList可以获取组件的名称。

configure:配置解码器或者编码器。

start:成功配置组件后调用start。

buffer处理的接口:

dequeueInputBuffer:从输入流队列中取数据进行编码操作。

queueInputBuffer:输入流入队列。

dequeueOutputBuffer:从输出队列中取出编码操作之后的数据。

releaseOutputBuffer:处理完成,释放ByteBuffer数据。

getInputBuffers:获取需要编码数据的输入流队列,返回的是一个ByteBuffer数组。

getOutputBuffers:获取编解码之后的数据输出流队列,返回的是一个ByteBuffer数组。

flush:清空的输入和输出端口。

stop:终止decode/encode会话

release:释放编解码器实例使用的资源。

5.1MediaCodec创建

MediaCodec的一个实例处理一种特定类型的数据(例如MP3音频或H.视频),进行编码或解码操作。

MediaCodec创建:

可以使用MediaCodecList为特定的媒体格式创建一个MediaCodec。

可以从MediaExtractor#getTrackFormat获得track的格式。

使用MediaFormat#setFeatureEnabled注入想要添加的任何特性。

然后调用MediaCodecList#findDecoderForFormat来获取能够处理该特定媒体格式的编解码器的名称。

最后,使用createByCodecName(字符串)创建编解码器。

还可以使用createDecoder/EncoderByType(java.lang.String)为特定MIME类型创建首选的编解码器。但是,这不能用于注入特性,并且可能会创建一个不能处理特定媒体格式的编解码器。

5.2configure

配置codec。

publicvoidconfigure(

MediaFormatformat,

Surfacesurface,MediaCryptocrypto,intflags);

MediaFormatformat:输入数据的格式(解码器)或输出数据的所需格式(编码器)。传null等同于传递MediaFormat#MediaFormat作为空的MediaFormat。

Surfacesurface:指定Surface,用于解码器输出的渲染。如果编解码器不生成原始视频输出(例如,不是视频解码器)和/或想配置解码器输出ByteBuffer,则传null。

MediaCryptocrypto:指定一个crypto对象,用于对媒体数据进行安全解密。对于非安全的编解码器,传null。

intflags:当组件是编码器时,flags指定为常量CONFIGURE_FLAG_ENCODE。

MediaFormat:封装描述媒体数据格式的信息(包括音频或视频),以及可选的特性元数据。

媒体数据的格式指定为key/value对。key是字符串。值可以integer、long、float、String或ByteBuffer。

特性元数据被指定为string/boolean对。

5.3dequeueInputBuffer

publicfinalintdequeueInputBuffer(longtimeoutUs)

返回用于填充有效数据的输入buffer的索引,如果当前没有可用的buffer,则返回-1。

longtimeoutUs:等待可用的输入buffer的时间。

如果timeoutUs==0,则立即返回。

如果timeoutUs0,则无限期等待可用的输入buffer。

如果timeoutUs0,则等待“timeoutUs”微秒。

5.4queueInputBuffer

在指定索引处填充输入buffer后,使用queueInputBuffer将buffer提交给组件。

特定于codec的数据

许多codec要求实际压缩的数据流之前必须有“特定于codec的数据”,即用于初始化codec的设置数据,如

AVC视频中的PPS/SPS。

vorbis音频中的codetables。

publicnativefinalvoidqueueInputBuffer(

intindex,

intoffset,intsize,longpresentationTimeUs,intflags)

intindex:以前调用dequeueInputBuffer(long)返回的输入buffer的索引。

intoffset:数据开始时输入buffer中的字节偏移量。

intsize:有效输入数据的字节数。

longpresentationTimeUs:此buffer的PTS(以微秒为单位)。

intflags:一个由BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG和BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM标志组成的位掩码。虽然没有被禁止,但是大多数codec并不对输入buffer使用BUFFER_FLAG_KEY_FRAME标志。

BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM:用于指示这是输入数据的最后一部分。

BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG:通过指定这个标志,可以在start()或flush()之后直接提交特定于codec的数据buffer。但是,如果您使用包含这些密钥的媒体格式配置编解码器,它们将在启动后由MediaCodec直接自动提交。因此,不建议使用BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG标志,只建议高级用户使用。

5.5dequeueOutputBuffer

从MediaCodec获取输出buffer。

publicfinalintdequeueOutputBuffer(

NonNullBufferInfoinfo,longtimeoutUs)

返回值:已成功解码的输出buffer的索引或INFO_*常量之一(INFO_TRY_AGAIN_LATER,INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED或INFO_OUTPUT_BUFFERS_CHANGED)。

返回INFO_TRY_AGAIN_LATER而timeoutUs指定为了非负值,表示超时了。

返回INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED表示输出格式已更改,后续数据将遵循新格式。

BufferInfoinfo:输出buffer的metadata。

longtimeoutUs:含义同dequeueInputBuffer中的timeoutUs参数。

BufferInfo

publicfinalstaticclassBufferInfo{

publicvoidset(

intnewOffset,intnewSize,longnewTimeUs,intnewFlags);

publicintoffset;

publicintsize;

publiclongpresentationTimeUs;

publicintflags;

};

offset:buffer中数据的起始偏移量。

注意设备之间的offset是不一致的。在一些设备上,offset是相对裁剪矩形的左上角像素,而在大多数设备上,offset是相对整个帧的左上角像素。

size:buffer中的数据量(以字节为单位)。如果是0则表示buffer中没有数据,可以丢弃。0大小的buffer的唯一用途是携带流结束标记。

presentationTimeUs:buffer的PTS(以微秒为单位)。来源于相应输入buffer一起传入的PTS。对于大小为0的buffer,应该忽略这个值。

flags:与buffer关联的标识信息,flags包含如下取值:

BUFFER_FLAG_KEY_FRAME:buffer包含关键帧的数据。

BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG:buffer包含编解码器初始化/编解码器特定的数据,而不是媒体数据。

BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM:标志着流的结束,即在此之后没有buffer可用,除非后面跟着flush。

BUFFER_FLAG_PARTIAL_FRAME:buffer只包含帧的一部分,解码器应该对数据进行批处理,直到在解码帧之前出现没有该标志的buffer为止。

publicstaticfinalintBUFFER_FLAG_KEY_FRAME=1;

publicstaticfinalintBUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG=2;

publicstaticfinalintBUFFER_FLAG_END_OF_STREAM=4;

publicstaticfinalintBUFFER_FLAG_PARTIAL_FRAME=8;

5.6releaseOutputBuffer

使用此方法将输出buffer返回给codec或将其渲染在输出surface。

publicvoidreleaseOutputBuffer(intindex,

booleanrender)

booleanrender:如果在配置codec时指定了一个有效的surface,则传递true会将此输出buffer在surface上渲染。一旦不再使用buffer,该surface将把buffer释放回codec。

6.同步和异步API的使用流程

6.1同步API的使用流程

-创建并配置MediaCodec对象。

-循环直到完成:

-如果输入buffer准备好了:

-读取一段输入,将其填充到输入buffer中

-如果输出buffer准备好了:

-从输出buffer中获取数据进行处理。

-处理完毕后,releaseMediaCodec对象。

官方文档中给出的同步API的代码示例

MediaCodeccodec=MediaCodec.createByCodecName(name);

codec.configure(format,…);

MediaFormatoutputFormat=codec.getOutputFormat();//optionB

codec.start();

for(;;){

intinputBufferId=codec.dequeueInputBuffer(timeoutUs);

if(inputBufferId=0){

ByteBufferinputBuffer=codec.getInputBuffer(…);

//fillinputBufferwithvaliddata

codec.queueInputBuffer(inputBufferId,…);

}

intoutputBufferId=codec.dequeueOutputBuffer(…);

if(outputBufferId=0){

ByteBufferoutputBuffer=codec.getOutputBuffer(outputBufferId);

MediaFormatbufferFormat=codec.getOutputFormat(outputBufferId);//optionA

//bufferFormatisidenticaltooutputFormat

//outputBufferisreadytobeprocessedorrendered.

codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId,…);

}elseif(outputBufferId==MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED){

//Subsequentdatawillconformtonewformat.

//CanignoreifusinggetOutputFormat(outputBufferId)

outputFormat=codec.getOutputFormat();//optionB

}

}

codec.stop();

codec.release();

6.2异步API的使用流程

在Android5.0,API21,引入了“异步模式”。

-创建并配置MediaCodec对象。

-给MediaCodec对象设置回调MediaCodec.Callback

-在onInputBufferAvailable回调中:

-读取一段输入,将其填充到输入buffer中

-在onOutputBufferAvailable回调中:

-从输出buffer中获取数据进行处理。

-处理完毕后,releaseMediaCodec对象。

官方文档中给出的异步API的代码示例

MediaCodeccodec=MediaCodec.createByCodecName(name);

MediaFormatmOutputFormat;//membervariable

codec.setCallback(newMediaCodec.Callback(){

Override

voidonInputBufferAvailable(MediaCodecmc,intinputBufferId){

ByteBufferinputBuffer=codec.getInputBuffer(inputBufferId);

//fillinputBufferwithvaliddata

codec.queueInputBuffer(inputBufferId,…);

}

Override

voidonOutputBufferAvailable(MediaCodecmc,intoutputBufferId,…){

ByteBufferoutputBuffer=codec.getOutputBuffer(outputBufferId);

MediaFormatbufferFormat=codec.getOutputFormat(outputBufferId);//optionA

//bufferFormatisequivalenttomOutputFormat

//outputBufferisreadytobeprocessedorrendered.

codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId,…);

}

Override

voidonOutputFormatChanged(MediaCodecmc,MediaFormatformat){

//Subsequentdatawillconformtonewformat.

//CanignoreifusinggetOutputFormat(outputBufferId)

mOutputFormat=format;//optionB

}

Override

voidonError(…){

}

});

codec.configure(format,…);

mOutputFormat=codec.getOutputFormat();//optionB

codec.start();

//waitforprocessingto

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