编解码流程

目录

1 整体步骤

2 MediaCodec 使用的基本流程
3 设计
4 编解码实例分析
5 Android FFmpeg视频解码播放
6 从零实现一个H.264码流解析器
7 音视频同步
8 OpenSL ES音频解码播放

正文

1 整体步骤

image.png

模块之间数据(buffer)流程图。
1.1 编码:dequeueinputBuffer(从input缓冲队列申请empty buffer.左边的上虚线)---inputbuffer(拷贝mp4文件的一帧到empty buffer)
--queueInputBuffe(将inputbuffer放回codec)---dequeueOutputBuffer(从output缓冲区队列申请编解码后的buffer)--编码后的数据渲染--releaseOutputBuffer(放回到output缓冲区队列)
1.2 解码:dequeueinputBuffer(从input缓冲队列申请empty buffer)---inputbuffer(拷贝mp4文件的数据到empty buffer)---mediacodec(从input buffer 取一帧)
--dequeueOutputBuffer(从output缓冲区队列申请编解码后的buffer)--解码后的数据播放--releaseOutputBuffer(放回到output缓冲区队列)

2 MediaCodec 使用的基本流程

MediaCodec 的生命周期有三种状态:停止态-Stopped、执行态-Executing、释放态-Released
停止状态(Stopped)包括了三种子状态:未初始化(Uninitialized)、配置(Configured)、错误(Error)。
执行状态(Executing)会经历三种子状态:刷新(Flushed)、运行(Running)、流结束(End-of-Stream

image

理解了queueInputBuffe作用,就理解了编解码流程.
1) mediaExtractor.setDataSource(path);
//extractor读取sampleData
int sampleSize = mediaExtractor.readSampleData(inputBuffer, 0);
2 ) decodec.queueInputBuffer(index, 0, sampleSize, mediaExtractor.getSampleTime(), 0);
//一直没搞懂queueInputBuffer的作用,主要是因为inputBuffer没搞懂。codec抽取了文件不就是解码了吗?都已经放入inputbuffer中了,还需要queueInputBuffer干什么?
实际这是两件事,两个主体,mediaExtractor and decodec 操作同一个inputBuffer;
mediaExtractor仅仅负责抽取sample到 input buffer,比如aac是1024. 没有编解码操作.仅仅是拷贝部分文件。
decodec是真正的编解码,将一帧中的aac,去header,变成pcm.并且将pcm放入queueoutputbuffer。
queueInputBuffer将input buffer放回codec,实现两件事,1) codec 开始编解码,结果放入outputbuffer 2)将inputbuffer重新入队
mediaextractor& queueInputBuffer
mediaextractor:input-source file,output--inputbuffer
queueInputBuffer:inputbuffer--outputbuffer (!!抽取sample的不是codec.也不是放入codec的inputbuffer就自动开始编解码,而是需要queueInputBuffer通知codec开始编解码)
notes: dequeueInputBuffer是典型的dequeue 队列的用法,从header取一个buffer.
queue & dequeue 是入队出队.两者都是codec做的.

3 设计

流程图

image

伪代码

- createByCodeName/createEncoderByType/createDecoderByType: (静态工厂构造MediaCodec对象)--生成MediaCodec,Uninitialized状态
- configure:(配置) -- configure状态
- start        (启动)--处于Excuting状态 Flushed子状态,然后进入Running状态
- while(1) {
    try{
       - dequeueInputBuffer    (从编解码器获取输入缓冲区buffer)
       - queueInputBuffer      (buffer被生成方client填满之后提交给编解码器)
       - dequeueOutputBuffer   (从编解码器获取输出缓冲区buffer)
       - releaseOutputBuffer   (消费方client消费之后释放给编解器)
    } catch(Error e){
       - error                   (出现异常 进入error状态)
    }

}
- stop                          (编解码完成后,释放codec)
- release

MediaCodec 有已下解码相关的 API:
1)dequeueInputBuffer:若大于 0,则是返回填充编码数据的缓冲区的索引,该操作为同步操作;
返回一个input index
2)getInputBuffer:填充编码数据的 ByteBuffer 数组,结合 dequeueInputBuffer 返回值,可获取一个可填充编码数据的 ByteBuffer;
根据index 返回一个input ByteBuffer
3)queueInputBuffer :应用将编码数据拷贝到 ByteBuffer 后,通过该方法告知 MediaCodec 已经填写的编码数据的缓冲区索引;
拷贝操作
4)dequeueOutputBuffer:若大于 0,则是返回填充解码数据的缓冲区的索引,该操作为同步操作;
返回一个output index
5)getOutputBuffer:填充解码数据的 ByteBuffer 数组,结合 dequeueOutputBuffer 返回值,可获取一个可填充解码数据的 ByteBuffer;
根据index,返回一个output ByteBuffer
6)releaseOutputBuffer:告诉编码器数据处理完成,释放 ByteBuffer 数据。
release output buffer。
补充:
a) release queueoutputbuffer
没有release queue inputbuffer,从上图可知,release inputbuffer是codec的工作.
b) //读取下一帧
mediaExtractor.advance();

在实践当中发现,发送端发送的视频宽高需要 16 字节对齐,因为在某些 Android 手机上解码器需要 16 字节对齐。
other:若非16字节对齐,dequeueOutputBuffer会有一次MediaCodec.INFO_OUTPUT_BUFFERS_CHANGED.
而不是一上来就能成功解码一帧.

经测试发现:帧宽高非 16 字节对齐会比 16 字节对齐的慢 100 ms 左右

4 编解码实例分析

编解码分成同步和异步两种实现方法。

image.png

流程图比较给力.属于详细设计
//【解码步骤:1. 初始化,并启动解码器】
//【解码步骤:2. 将数据压入解码器输入缓冲】
//【解码步骤:3. 将解码好的数据从缓冲区拉取出来】
//【解码步骤:4. 渲染】
//【解码步骤:5. 释放输出缓冲】
//【解码步骤:6. 判断解码是否完成】
音视频硬解码流程:封装基础解码框架: https://www.jianshu.com/p/ff65ef5207ce 解码器
MediaCodec进行编解码AAC(文件格式转换) https://hejunlin.blog.csdn.net/article/details/103771289.
Android 音视频学习:使用 MediaCodec API 完成音频 AAC 硬编、硬解 https://my.oschina.net/u/4582396/blog/4384448
音视频开发之旅(六)MediaCodec硬编解流程与实践 https://zhuanlan.zhihu.com/p/268441151

5 Android FFmpeg视频编解码播放

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FFmpeg 开发(02):FFmpeg + ANativeWindow 实现视频解码播放 https://www.jianshu.com/p/1efd030e8cf7

Android FFmpeg视频解码播放:https://www.jianshu.com/p/d7c8f49d9ea4

6 从零实现一个H.264码流解析器

【从零实现一个H.264码流解析器】(一):从码流中找到NALU https://mp.weixin.qq.com/s/7E0z-mRi4uURICm0RVXuxw
【从零实现一个H.264码流解析器】(二):导入指数哥伦布解码实现并初步解析NALU https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5Njc3OTk5NA==&mid=2247483958&idx=1&sn=7eeb49fa874115abd9237db2d4175fcd&chksm=ecbe6b83dbc9e295c058dea5c5915792377118b8d670fd6059a8b62c5ee70da69554e9f49edb&scene=21#wechat_redirect
【从零实现一个H.264码流解析器】(三):解析序列参数集SPS的句法元素 https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI5Njc3OTk5NA==&mid=2247483961&idx=1&sn=175dcc1ce65659b24f4e09e2dfa11c2d&chksm=ecbe6b8cdbc9e29a57831664a9b89074a4e9829556601196c05b370858787519c807416f3cc3&scene=21#wechat_redirect
【从零实现一个H.264码流解析器】(四):生成句法元素跟踪trace文件 https://mp.weixin.qq.com/s/ZPUg4wWU0CWlN7pp0DbspQ
【从零实现一个H.264码流解析器】(五):解析图像参数集PPS的句法元素 https://mp.weixin.qq.com/s/GXkq88XrHW8Pug-376T5BA
【从零实现一个H.264码流解析器】(六):解析片头部Slice_Header的句法元素 https://mp.weixin.qq.com/s/01-JTlph0mduW76N-zubaA

7 音视频同步

https://www.jianshu.com/p/ba8db84f8fe8
时间同步的原理如下:
codec 出来的pts 播放时间戳和system current time保存一致
进入解码前,获取当前系统时间,存放在mStartTimeForSync,一帧数据解码出来以后,计算当前系统时间和mStartTimeForSync的距离,也就是已经播放的时间,如果当前帧的PTS大于流失的时间,进入sleep,否则直接渲染

8 OpenSL ES音频解码播放

OpenSL 是音频编解码,ffmpeg是视频编解码. ffmpeg也可以音频编解码.
Android FFmpeg+OpenSL ES音频解码播放 https://www.jianshu.com/p/28fc978721b4
用ffmpeg解码视频,用opensl es解码音频。用opensl 渲染音频,eg:混音(增加音效?)。小结opensl的使用steps good

other:常用格式YUV 4:2:0 下面link说的清楚: https://www.cnblogs.com/leisure_chn/p/10290575.html

QA:

codec 注意码率设置不成功,可能是帧率设置有问题
每当切换到前置摄像头的时候,界面会有部分卡在上一个界面.每当切换到前置摄像头的时候,界面会有部分卡在上一个界面

附录:

old:用MediaCodec解码->取出ByteBuffer->用OpenGLES处理->处理完毕后readPixels->得到图像数据->将图像数据推入MediaCodec编码.(readPixels非常耗时。480*840的视频,一帧耗时基本是40ms+)
new:MediaCodec解码视频直接解码到Surface上->通过OpenGLES处理->又通过Surface进行编码
(无需关注解码出来的数据的格式了,而且应用层也不必自己去将原始数据导入GPU以及将处理后的数据导出GPU了,这些工作可以都丢给Android SDK去做)

5 Android音视频硬编码:生成一个MP4:

https://www.jianshu.com/p/bfdeac7da147
code实现完全符合标准设计流程:先变量,接口。然后基类核心函数。然后实现av子类. 然后render独立线程。最后activity调用线程池运行子类。
实现:
1 基类实现
1). 定义编码器变量
2) 初始化编码器 (定义接口)
3). 开启编码循环 :encode实现的核心,使用codec实现。这样子类负责配置就可以了.
4). 拉取数据 :将codec出来的数据,writeData到mp4文件
2、音频/视频编码器
configEncoder ,addTrack,writeVideoData
3、整合
1 ) 主线程
从系统获取surface

override fun surfaceCreated(holder: SurfaceHolder) {
        mSurface = holder.surface
        mThread.onSurfaceCreate()
    }

decodeOneFrame --notifySwap通知渲染线程render --渲染之后encodeOneFrame
2 ) 渲染线程:initEGL,createEGLSurface

 mDrawers.forEach { it.draw() }
                mEGLSurface?.setTimestamp(mCurTimestamp)
                mEGLSurface?.swapBuffers()

3 ) activity:
threadPool.execute(videoEncoder) //线程池运行子类

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