前言
我们主要是实现RTMP推流，引流的部分通过一些直播RTMP协议的播放器来实现。
因为项目比较大，设计的知识也比较广，例如h264编码标准，aac编码，RTMP协议。这里我们只概述一些关键的核心逻辑与实现思路，具体的实现可以参考源代码，因为工作原因源代码晚点再上。
推流的流程
主要分为以下几个步骤：
- 调用Java的相关API进行音视频的采集。
- 初始化一些C相关的库，然后用户点击开始推流。
- 因为摄像头、麦克风采集到的数据是原始的数据，需要经过编码。其中，视频编码使用h264编码格式，对应x264库；音频编码使用aac编码，使用faac库。
- 使用rtmpdump（librtmp）库进行推流。
下面我们一一进行介绍。
一、调用Java的相关API进行音视频的采集
视频采集
使用采集主要调用Camera的相关API，核心代码如下：
打开摄像头，初始化一些信息，开始预览（预览需要一个SurfaceView的Holder）。
如果需要实时获取摄像头采集数据的时候，还需要调用addCallbackBuffer设置缓冲区，然后添加Callback。
try {
//SurfaceView初始化完成，可以进行预览
mCamera = Camera.open(mVideoParams.getCameraId());
Camera.Parameters param = mCamera.getParameters();
//设置预览图像的像素格式为NV-21
param.setPreviewFormat(ImageFormat.NV21);
//设置预览画面宽高
param.setPreviewSize(mVideoParams.getWidth(), mVideoParams.getHeight());
//设置预览帧频，但是x264压缩的时候还是有另外一个帧频的
//param.setPreviewFpsRange(mVideoParams.getFps() - 1, mVideoParams.getFps());
mCamera.setParameters(param);
mCamera.setPreviewDisplay(mSurfaceHolder);
//如果是正在直播的话需要实时获取预览图像数据
//缓冲区，大小需要根据摄像头的分辨率而定，x4换算为字节
buffers = new byte[mVideoParams.getWidth() * mVideoParams.getHeight() * 4];
mCamera.addCallbackBuffer(buffers);
mCamera.setPreviewCallbackWithBuffer(this);
//开始预览
mCamera.startPreview();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
Callback的实现核心逻辑如下：
获取摄像头数据data，传到Native层，然后由Native层负责h264编码并且推流。
@Override
public void onPreviewFrame(byte[] data, Camera camera) {
if (mCamera != null) {
mCamera.addCallbackBuffer(buffers);
}
if (isPushing) {
mPushNative.fireVideo(data);
}
}
音频采集
初始化一个AudioRecord：
int channelConfig = audioParams.getChannel() == 1 ?
AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO : AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO;
//最小缓冲区大小
minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(audioParams.getSampleRateInHz(), channelConfig, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC,
audioParams.getSampleRateInHz(),
channelConfig,
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, minBufferSize);
开启一个音频的录制线程进行录制，并且实时发送到Native层，由Native层进行aac编码并且推流。
线程的核心逻辑如下：
@Override
public void run() {
//开始录音
mAudioRecord.startRecording();
while (isPushing) {
//通过AudioRecord不断读取音频数据
byte[] buffer = new byte[minBufferSize];
int len = mAudioRecord.read(buffer, 0, buffer.length);
if (len > 0) {
//传给Native代码，进行音频编码
mPushNative.fireAudio(buffer, len);
}
}
}
二、初始化一些C相关的库，然后用户点击开始推流
编译faac、x264、rtmpdump库，输出静态库.a文件，添加到Android Studio里面。
其中x264初始化的核心代码如下：
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_nan_live_pusher_PushNative_fireAudio(JNIEnv *env, jobject instance, jbyteArray buffer_,
jint length) {
int *pcmbuf;
unsigned char *bitbuf;
jbyte *b_buffer = (*env)->GetByteArrayElements(env, buffer_, 0);
pcmbuf = (short *) malloc(nInputSamples * sizeof(int));
bitbuf = (unsigned char *) malloc(nMaxOutputBytes * sizeof(unsigned char));
int nByteCount = 0;
unsigned int nBufferSize = (unsigned int) length / 2;
unsigned short *buf = (unsigned short *) b_buffer;
while (nByteCount < nBufferSize) {
int audioLength = nInputSamples;
if ((nByteCount + nInputSamples) >= nBufferSize) {
audioLength = nBufferSize - nByteCount;
}
int i;
for (i = 0; i < audioLength; i++) {//每次从实时的pcm音频队列中读出量化位数为8的pcm数据。
int s = ((int16_t *) buf + nByteCount)[i];
pcmbuf[i] = s << 8;//用8个二进制位来表示一个采样量化点（模数转换）
}
nByteCount += nInputSamples;
//利用FAAC进行编码，pcmbuf为转换后的pcm流数据，audioLength为调用faacEncOpen时得到的输入采样数，bitbuf为编码后的数据buff，nMaxOutputBytes为调用faacEncOpen时得到的最大输出字节数
int byteslen = faacEncEncode(audio_encode_handle, pcmbuf, audioLength,
bitbuf, nMaxOutputBytes);
if (byteslen < 1) {
continue;
}
add_aac_body(bitbuf, byteslen);//从bitbuf中得到编码后的aac数据流，放到数据队列
}
if (bitbuf)
free(bitbuf);
if (pcmbuf)
free(pcmbuf);
(*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buffer_, b_buffer, 0);
}
主要就是一下几个步骤：
- x264_param_default_preset 设置
- x264_param_apply_profile 设置档次
- x264_picture_alloc（x264_picture_t输入图像）初始化
- x264_encoder_open 打开编码器
- x264_encoder_encode 编码
- x264_encoder_close( h ) 关闭编码器，释放资源
初始化音频编码的代码如下：
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_nan_live_pusher_PushNative_setAudioOptions(JNIEnv *env, jobject instance,
jint sampleRateInHz, jint channel) {
audio_encode_handle = faacEncOpen(sampleRateInHz, channel, &nInputSamples,
&nMaxOutputBytes);
if (!audio_encode_handle) {
LOGE("音频编码器打开失败");
return;
}
//设置音频编码参数
faacEncConfigurationPtr p_config = faacEncGetCurrentConfiguration(audio_encode_handle);
p_config->mpegVersion = MPEG4;
p_config->allowMidside = 1;
p_config->aacObjectType = LOW;
p_config->outputFormat = 0; //输出是否包含ADTS头
p_config->useTns = 1; //时域噪音控制,大概就是消爆音
p_config->useLfe = 0;
// p_config->inputFormat = FAAC_INPUT_16BIT;
p_config->quantqual = 100;
p_config->bandWidth = 0; //频宽
p_config->shortctl = SHORTCTL_NORMAL;
if (!faacEncSetConfiguration(audio_encode_handle, p_config)) {
LOGE("%s", "音频编码器配置失败..");
throwNativeError(env, INIT_FAILED);
return;
}
LOGI("%s", "音频编码器配置成功");
}
三、进行音视频编码与推流
主要调用x264_encoder_encode方法进行视频编码，然后通过add_264_sequence_header方法添加RTMP头信息，通过add_264_body添加RTMP body。
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_nan_live_pusher_PushNative_fireVideo(JNIEnv *env, jobject instance, jbyteArray buffer_) {
//视频数据转为YUV420P
//NV21->YUV420P
jbyte *nv21_buffer = (*env)->GetByteArrayElements(env, buffer_, NULL);
jbyte *u = pic_in.img.plane[1];
jbyte *v = pic_in.img.plane[2];
//nv21 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel
//nv21与yuv420p，y个数一致，uv位置对调
//nv21转yuv420p y = w*h,u/v=w*h/4
//nv21 = yvu yuv420p=yuv y=y u=y+1+1 v=y+1
//如果要进行图像处理（美颜），可以再转换为RGB
//还可以结合OpenCV识别人脸等等
memcpy(pic_in.img.plane[0], nv21_buffer, y_len);
int i;
for (i = 0; i < u_len; i++) {
*(u + i) = *(nv21_buffer + y_len + i * 2 + 1);
*(v + i) = *(nv21_buffer + y_len + i * 2);
}
//h264编码得到NALU数组
x264_nal_t *nal = NULL; //NAL
int n_nal = -1; //NALU的个数
//进行h264编码
if (x264_encoder_encode(video_encode_handle, &nal, &n_nal, &pic_in, &pic_out) < 0) {
LOGE("%s", "编码失败");
return;
}
//使用rtmp协议将h264编码的视频数据发送给流媒体服务器
//帧分为关键帧和普通帧，为了提高画面的纠错率，关键帧应包含SPS和PPS数据
int sps_len, pps_len;
unsigned char sps[100];
unsigned char pps[100];
memset(sps, 0, 100);
memset(pps, 0, 100);
pic_in.i_pts += 1; //顺序累加
//遍历NALU数组，根据NALU的类型判断
for (i = 0; i < n_nal; i++) {
if (nal[i].i_type == NAL_SPS) {
//复制SPS数据
sps_len = nal[i].i_payload - 4;
memcpy(sps, nal[i].p_payload + 4, sps_len); //不复制四字节起始码
} else if (nal[i].i_type == NAL_PPS) {
//复制PPS数据
pps_len = nal[i].i_payload - 4;
memcpy(pps, nal[i].p_payload + 4, pps_len); //不复制四字节起始码
//发送序列信息
//h264关键帧会包含SPS和PPS数据
add_264_sequence_header(pps, sps, pps_len, sps_len);
} else {
//发送帧信息
add_264_body(nal[i].p_payload, nal[i].i_payload);
}
}
(*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buffer_, nv21_buffer, 0);
}
同理，调用faacEncEncode进行音频编码，然后发送RTMP信息。
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_nan_live_pusher_PushNative_fireAudio(JNIEnv *env, jobject instance, jbyteArray buffer_,
jint length) {
int *pcmbuf;
unsigned char *bitbuf;
jbyte *b_buffer = (*env)->GetByteArrayElements(env, buffer_, 0);
pcmbuf = (short *) malloc(nInputSamples * sizeof(int));
bitbuf = (unsigned char *) malloc(nMaxOutputBytes * sizeof(unsigned char));
int nByteCount = 0;
unsigned int nBufferSize = (unsigned int) length / 2;
unsigned short *buf = (unsigned short *) b_buffer;
while (nByteCount < nBufferSize) {
int audioLength = nInputSamples;
if ((nByteCount + nInputSamples) >= nBufferSize) {
audioLength = nBufferSize - nByteCount;
}
int i;
for (i = 0; i < audioLength; i++) {//每次从实时的pcm音频队列中读出量化位数为8的pcm数据。
int s = ((int16_t *) buf + nByteCount)[i];
pcmbuf[i] = s << 8;//用8个二进制位来表示一个采样量化点（模数转换）
}
nByteCount += nInputSamples;
//利用FAAC进行编码，pcmbuf为转换后的pcm流数据，audioLength为调用faacEncOpen时得到的输入采样数，bitbuf为编码后的数据buff，nMaxOutputBytes为调用faacEncOpen时得到的最大输出字节数
int byteslen = faacEncEncode(audio_encode_handle, pcmbuf, audioLength,
bitbuf, nMaxOutputBytes);
if (byteslen < 1) {
continue;
}
add_aac_body(bitbuf, byteslen);//从bitbuf中得到编码后的aac数据流，放到数据队列
}
if (bitbuf)
free(bitbuf);
if (pcmbuf)
free(pcmbuf);
(*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buffer_, b_buffer, 0);
}
进行RTMP推流的时候，需要使用生产者消费者的线程模型，编码属于生产者，推流属于消费者。并且需要一个双向链表进行数据的进出。
void *push_thread(void *arg) {
JNIEnv *env;//获取当前线程JNIEnv
(*javaVM)->AttachCurrentThread(javaVM, &env, NULL);
//建立RTMP连接
RTMP *rtmp = RTMP_Alloc();
if (!rtmp) {
LOGE("rtmp初始化失败");
goto end;
}
RTMP_Init(rtmp);
rtmp->Link.timeout = 5; //连接超时的时间
//设置流媒体地址
RTMP_SetupURL(rtmp, rtmp_path);
//发布rtmp数据流
RTMP_EnableWrite(rtmp);
//建立连接
if (!RTMP_Connect(rtmp, NULL)) {
LOGE("%s", "RTMP 连接失败");
throwNativeError(env, CONNECT_FAILED);
goto end;
}
//计时
start_time = RTMP_GetTime();
if (!RTMP_ConnectStream(rtmp, 0)) { //连接流
LOGE("%s", "RTMP ConnectStream failed");
throwNativeError(env, CONNECT_FAILED);
goto end;
}
is_pushing = TRUE;
//发送AAC头信息
add_aac_sequence_header();
while (is_pushing) {
//发送
pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
//取出队列中的RTMPPacket
RTMPPacket *packet = queue_get_first();
if (packet) {
queue_delete_first(); //移除
packet->m_nInfoField2 = rtmp->m_stream_id; //RTMP协议，stream_id数据
int i = RTMP_SendPacket(rtmp, packet, TRUE); //TRUE放入librtmp队列中，并不是立即发送
if (!i) {
LOGE("RTMP 断开");
RTMPPacket_Free(packet);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
goto end;
} else {
LOGI("%s", "rtmp send packet");
}
RTMPPacket_Free(packet);
}
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
end:
LOGI("%s", "释放资源");
free(rtmp_path);
RTMP_Close(rtmp);
RTMP_Free(rtmp);
(*javaVM)->DetachCurrentThread(javaVM);
return 0;
}
void add_rtmp_packet(RTMPPacket *packet) {
pthread_mutex_lock(&mutex);
if (is_pushing) {
queue_append_last(packet);
}
pthread_cond_signal(&cond);
pthread_mutex_unlock(&mutex);
}
RTMP引流
最后，需要进行RTMP引流，我们直接使用Vitamio播放器即可。
相关的核心代码如下：
video_live = (VideoView) findViewById(R.id.video_live);
//RTMP地址
String rtmpUrl = PreferenceUtils.getInstance(this).getRTMPUrl();
video_live.setVideoPath(rtmpUrl);
video_live.setMediaController(new MediaController(this));
video_live.requestFocus();
video_live.setOnPreparedListener(new MediaPlayer.OnPreparedListener() {
@Override
public void onPrepared(MediaPlayer mediaPlayer) {
mediaPlayer.setPlaybackSpeed(1.0f);
}
});
相关源代码：https://github.com/huannan/Live
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