【Android 音視頻開發(fā)打怪升級(jí):FFmpeg音視頻編解碼篇】七、Andro...

聲 明

首先，這一系列文章均基于自己的理解和實(shí)踐，可能有不對(duì)的地方，歡迎大家指正。
其次，這是一個(gè)入門系列，涉及的知識(shí)也僅限于夠用，深入的知識(shí)網(wǎng)上也有許許多多的博文供大家學(xué)習(xí)了。
最后，寫文章過程中，會(huì)借鑒參考其他人分享的文章，會(huì)在文章最后列出，感謝這些作者的分享。

碼字不易，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！

目錄

一、Android音視頻硬解碼篇：

• 1，音視頻基礎(chǔ)知識(shí)
• 2，音視頻硬解碼流程：封裝基礎(chǔ)解碼框架
• 3，音視頻播放：音視頻同步
• 4，音視頻解封和封裝：生成一個(gè)MP4

二、使用OpenGL渲染視頻畫面篇

• 1，初步了解OpenGL ES
• 2，使用OpenGL渲染視頻畫面
• 3，OpenGL渲染多視頻，實(shí)現(xiàn)畫中畫
• 4，深入了解OpenGL之EGL
• 5，OpenGL FBO數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
• 6，Android音視頻硬編碼：生成一個(gè)MP4

三、Android FFmpeg音視頻解碼篇

• 1，F(xiàn)Fmpeg so庫編譯
• 2，Android 引入FFmpeg
• 3，Android FFmpeg視頻解碼播放
• 4，Android FFmpeg＋OpenSL ES音頻解碼播放
• 5，Android FFmpeg＋OpenGL ES播放視頻
• 6，Android FFmpeg簡單合成MP4：視屏解封與重新封裝
• 7，Android FFmpeg視頻編碼

本文你可以了解到

如何使用 FFmepg 對(duì)編輯好的視頻進(jìn)行重新編碼，生成可以播放的音視頻文件。

寫在前面

本文是音視頻系列文章的最后一篇了，也是拖了最久的一篇（懶癌發(fā)作-_-!!），終于下定決心，把坑填完。話不多說了，馬上進(jìn)入正文。

在【上一篇文章】中，介紹了如何對(duì)音視頻文件進(jìn)行解封和重新封裝，這個(gè)過程不涉及音視頻的解碼和編碼，也就是沒有對(duì)音視頻進(jìn)行編輯，這無法滿足日常的開發(fā)需求。

因此，本文將填上編輯過程的空缺，為本系列畫上句號(hào)。

一、整體流程說明

在前面的幾篇文章中，我們已經(jīng)做好了 解碼器， OpenGL 渲染器，因此，編碼的時(shí)候，除了需要 編碼器 外，還需要將之前的內(nèi)容做好整合。下面通過一張圖做一下簡要說明：

模塊

首先可以關(guān)注到，這個(gè)過程有三個(gè)大模塊，也是三個(gè) 獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián) 的線程，分別負(fù)責(zé)：

• 原視頻解碼
• OpenGL 畫面渲染
• 目標(biāo)視頻編碼

數(shù)據(jù)流向

看下視頻數(shù)據(jù)是如何流轉(zhuǎn)的：

1. 原視頻經(jīng)過 解碼器 解碼后，得到 YUV 數(shù)據(jù)，經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換，成為 RGB 數(shù)據(jù)。

2. 解碼器 將 RGB 數(shù)據(jù)傳遞給 繪制器，等待 OpenGL 渲染器 使用。

3. OpenGL 渲染器 通過內(nèi)部的線程循環(huán)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，調(diào)用 繪制器 渲染畫面。

4. 畫面繪制完畢以后，得到經(jīng)過 OpenGL 渲染（編輯過）的畫面，送到 編碼器 進(jìn)行編碼。

5. 最后，將編碼好的數(shù)據(jù)，寫入本地文件。

說明：

本文將主要講音視頻的 編碼 知識(shí)，由于整個(gè)過程涉及到解碼、OpenGL 渲染 這兩個(gè)前面介紹過的知識(shí)點(diǎn)，我們將復(fù)用之前封裝好的工具，并在一些特殊地方根據(jù)編碼的需要做一些適配。

因此接下來在涉及到解碼和OpenGL的地方，至貼出適配的代碼，具體可以查看之前的文章，或者直接查看源碼。

二、關(guān)于 x264 so 庫編譯和引入

由于 x264 是基于 GPL 開源協(xié)議的，而 FFmpeg 默認(rèn)是基于 LGPL 協(xié)議的，當(dāng)引入 x264 時(shí)，由于 GPL 的傳染性，導(dǎo)致我們的代碼也必須開源，你可以使用 OpenH264 來代替。

這里仍然使用 x264 來學(xué)習(xí)相關(guān)的編碼過程。

另外，限于篇幅，本文不會(huì)介紹關(guān)于 x264 的編譯，會(huì)另外寫文章介紹。

x264 so 庫的引入和其他 so 引入是一樣的，具體請(qǐng)參考之前的文章，或者查看源碼中的 CMakeList.txt 。

FFmpeg 已經(jīng)內(nèi)置了 h264 解碼器，所以如果只是解碼，并不需要引入 x264 。

三、封裝編碼器

編碼過程和解碼過程是非常類似的，其實(shí)就是解碼的逆過程，因此整個(gè)代碼框架流程和解碼器 BaseDecoder 基本是一致的。

定義 BaseEncoder

//?BaseEncoder.h

class?BaseEncoder:?public?IEncoder?{
private:

????//?編碼格式?ID
????AVCodecID?m_codec_id;

????//?線程依附的JVM環(huán)境
????JavaVM?*m_jvm_for_thread?=?NULL;

????//?編碼器
????AVCodec?*m_codec?=?NULL;

????//?編碼上下文
????AVCodecContext?*m_codec_ctx?=?NULL;

????//?編碼數(shù)據(jù)包
????AVPacket?*m_encoded_pkt?=?NULL;

????//?寫入Mp4的輸入流索引
????int?m_encode_stream_index?=?0;

????//?原數(shù)據(jù)時(shí)間基
????AVRational?m_src_time_base;

????//?緩沖隊(duì)列
????std::queue<OneFrame?*>?m_src_frames;

????//?操作數(shù)據(jù)鎖
????std::mutex?m_frames_lock;

????//?狀態(tài)回調(diào)
????IEncodeStateCb?*m_state_cb?=?NULL;

????bool?Init();

????/**
?????*?循環(huán)拉去已經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)，直到?jīng)]有數(shù)據(jù)或者編碼完畢
?????*?@return true 編碼結(jié)束；false 編碼未完成
?????*/
????bool?DrainEncode();

????/**
?????*?編碼一幀數(shù)據(jù)
?????*?@return?錯(cuò)誤信息
?????*/
????int?EncodeOneFrame();

????//?新建編碼線程
????void?CreateEncodeThread();

????//?解碼靜態(tài)方法，給線程調(diào)用
????static?void?Encode(std::shared_ptr<BaseEncoder>?that);

????void?OpenEncoder();

????//?循環(huán)編碼
????void?LoopEncode();

????void?DoRelease();
????
????//?省略一些非重點(diǎn)代碼(具體請(qǐng)查看源碼)
????//?.......

protected:

????//?Mp4?封裝器
????Mp4Muxer?*m_muxer?=?NULL;

//-------------子類需要復(fù)寫的方法?begin-----------
????//?初始化編碼參數(shù)（上下文）
????virtual?void?InitContext(AVCodecContext?*codec_ctx)?=?0;

????//?配置Mp4?混淆通道信息
????virtual?int?ConfigureMuxerStream(Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecContext?*ctx)?=?0;

????//?處理一幀數(shù)據(jù)
????virtual?AVFrame*?DealFrame(OneFrame?*one_frame)?=?0;

????//?釋放資源
????virtual?void?Release()?=?0;
????
????virtual?const?char?*const?LogSpec()?=?0;
//-------------子類需要復(fù)寫的方法?end-----------

public:
????BaseEncoder(JNIEnv?*env,?Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecID?codec_id);

????//?壓入一幀待編碼數(shù)據(jù)（由外部調(diào)用）
????void?PushFrame(OneFrame?*one_frame)?override?;

????//?判斷是否緩沖數(shù)據(jù)過多，用于控制緩沖隊(duì)列大小
????bool?TooMuchData()?override?{
????????return?m_src_frames.size()?>?100;
????}

????//?設(shè)置編碼狀態(tài)監(jiān)聽器
????void?SetStateReceiver(IEncodeStateCb?*cb)?override?{
????????this->m_state_cb?=?cb;
????}
};

編碼器定義并不復(fù)雜，無非就是編碼需要用到的編碼器 m_codec、解碼上下文 m_codec_id 等，以及封裝對(duì)應(yīng)的函數(shù)方法來拆分編碼過程中的幾個(gè)步驟。這里主要強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)：

• 控制編碼緩沖隊(duì)列大小

由于編碼過程中，編碼速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于解碼速度，因此需要控制緩沖隊(duì)列大小，避免大量的數(shù)據(jù)堆積，導(dǎo)致內(nèi)容溢出或申請(qǐng)內(nèi)存失敗問題。

• 時(shí)間戳轉(zhuǎn)換

時(shí)間戳轉(zhuǎn)換在上篇文章中已經(jīng)有說明，具體請(qǐng)查看上篇文章?？傊捎谠曨l和目標(biāo)視頻時(shí)間基是不一樣的，因此需要對(duì)時(shí)間戳進(jìn)行轉(zhuǎn)換，才能保證編碼保存后的時(shí)間是正常的。

• 確保 MP4 軌道索引是正確的

MP4 有音頻和視頻兩個(gè)軌道，需要在寫入的時(shí)候，對(duì)應(yīng)好，具體查看代碼中的 m_encode_stream_index 。

實(shí)現(xiàn) BaseEncoder

初始化

//?BaseEncoder.cpp

BaseEncoder::BaseEncoder(JNIEnv?*env,?Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecID?codec_id)
:?m_muxer(muxer),
m_codec_id(codec_id)?{
????if?(Init())?{
????????env->GetJavaVM(&m_jvm_for_thread);
????????CreateEncodeThread();
????}
}

bool?BaseEncoder::Init()?{
????//?1.?查找編碼器
????m_codec?=?avcodec_find_encoder(m_codec_id);
????if?(m_codec?==?NULL)?{
????????LOGE(TAG,?"Fail?to?find?encoder,?code?id?is?%d",?m_codec_id)
????????return?false;
????}
????//?2.?分配編碼上下文
????m_codec_ctx?=?avcodec_alloc_context3(m_codec);
????if?(m_codec_ctx?==?NULL)?{
????????LOGE(TAG,?"Fail?to?alloc?encoder?context")
????????return?false;
????}

????//?3.?初始化編碼數(shù)據(jù)包
????m_encoded_pkt?=?av_packet_alloc();
????av_init_packet(m_encoded_pkt);

????return?true;
}

void?BaseEncoder::CreateEncodeThread()?{
????//?使用智能指針，線程結(jié)束時(shí)，自動(dòng)刪除本類指針
????std::shared_ptr<BaseEncoder>?that(this);
????std::thread?t(Encode,?that);
????t.detach();
}

編碼需要兩個(gè)參數(shù)，m_muxer 和 m_codec_id，既：MP4 混合器和編碼格式ID。

其中，編碼格式 ID 根據(jù)音頻和視頻需要來設(shè)置，比如視頻 H264 為：AV_CODEC_ID_H264 ，音頻 AAC 為：AV_CODEC_ID_AAC。

接著，調(diào)用 Init() 方法：

1. 根據(jù)編碼格式 ID 查找編碼器
2. 分配編碼上下文
3. 初始化編碼數(shù)據(jù)包

最后，創(chuàng)建編碼線程。

封裝編碼流程

//?BaseEncoder.cpp

void?BaseEncoder::Encode(std::shared_ptr<BaseEncoder>?that)?{
????JNIEnv?*?env;

????//將線程附加到虛擬機(jī)，并獲取env
????if?(that->m_jvm_for_thread->AttachCurrentThread(&env,?NULL)?!=?JNI_OK)?{
????????LOG_ERROR(that->TAG,?that->LogSpec(),?"Fail?to?Init?encode?thread");
????????return;
????}

????that->OpenEncoder();?//?1
????that->LoopEncode();??//?2
????that->DoRelease();???//?3
????
????//解除線程和jvm關(guān)聯(lián)
????that->m_jvm_for_thread->DetachCurrentThread();

}

過程和解碼非常類似。

第1步，打開編碼器

//?BaseEncoder.cpp

void?BaseEncoder::OpenEncoder()?{
????//?調(diào)用子類方法，根據(jù)音頻和視頻的不同，初始化編碼上下文
????InitContext(m_codec_ctx);

????int?ret?=?avcodec_open2(m_codec_ctx,?m_codec,?NULL);
????if?(ret?<?0)?{
????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Fail?to?open?encoder?:?%d",?m_codec);
????????return;
????}

????m_encode_stream_index?=?ConfigureMuxerStream(m_muxer,?m_codec_ctx);
}

第2步，開啟編碼循環(huán)

編碼的核心方法只有兩個(gè)：

avcodec_send_frame: 數(shù)據(jù)發(fā)到編碼隊(duì)列

avcodec_receive_packet: 接收編碼好的數(shù)據(jù)

編碼過程主要有 5 個(gè)步驟：

1. 從緩沖隊(duì)列中獲取待解碼數(shù)據(jù)
2. 將原始數(shù)據(jù)交給子類處理（音頻和視頻根據(jù)自己的需求處理）
3. 通過 avcodec_send_frame 將數(shù)據(jù)發(fā)送到編碼器編碼
4. 將編碼好的數(shù)據(jù)抽取出來

還有一點(diǎn)，既第 5 點(diǎn)，重新發(fā)送數(shù)據(jù)。

需要說明一下這里采取的 雙循環(huán) 編碼邏輯：除了最外層的 while(tue) 循環(huán)以外，里面還有一個(gè) while (m_src_frames.size() > 0) 循環(huán)。

在緩沖隊(duì)列有數(shù)據(jù)，并且 FFmpeg 內(nèi)部編碼隊(duì)列未滿 的情況下，會(huì)不斷地往 FFmpeg 發(fā)送數(shù)據(jù)，直到發(fā)現(xiàn) FFmpeg 編碼返回 AVERROR(EAGAIN) ，則說明內(nèi)部隊(duì)列已滿，需要先將編碼的數(shù)據(jù)抽取出來，也就是調(diào)用 DrainEncode() 方法。

還有一點(diǎn)需要說明的是：如何判讀所有數(shù)據(jù)已經(jīng)都發(fā)送給編碼器了？

這里通過 one_frame->line_size 來判斷。

當(dāng)監(jiān)聽到解碼器通知解碼完成的時(shí)候，則把一個(gè)空的幀數(shù)據(jù) OneFrame 的 line_size 設(shè)置為 0，并壓入緩沖隊(duì)列。

BaseEncoder 拿到這個(gè)空數(shù)據(jù)幀時(shí)，往 FFmpeg 的 avcodec_send_frame() 發(fā)送一個(gè) NULL 數(shù)據(jù)，則 FFmpeg 會(huì)自動(dòng)結(jié)束編碼。

具體請(qǐng)看以下代碼：

//?BaseEncoder.cpp

void?BaseEncoder::LoopEncode()?{
????if?(m_state_cb?!=?NULL)?{
????????m_state_cb->EncodeStart();
????}
????while?(true)?{
????????if?(m_src_frames.size()?==?0)?{
????????????Wait();
????????}
????????while?(m_src_frames.size()?>?0)?{
????????????//?1.?獲取待解碼數(shù)據(jù)
????????????m_frames_lock.lock();
????????????OneFrame?*one_frame?=?m_src_frames.front();
????????????m_src_frames.pop();
????????????m_frames_lock.unlock();

????????????AVFrame?*frame?=?NULL;
????????????if?(one_frame->line_size?!=?0)?{
????????????????m_src_time_base?=?one_frame->time_base;
????????????????//?2.?子類處理數(shù)據(jù)
????????????????frame?=?DealFrame(one_frame);
????????????????delete?one_frame;
????????????????if?(m_state_cb?!=?NULL)?{
????????????????????m_state_cb->EncodeSend();
????????????????}
????????????????if?(frame?==?NULL)?{
????????????????????continue;
????????????????}
????????????}?else?{?//如果數(shù)據(jù)長度為0，說明編碼已經(jīng)結(jié)束，壓入空frame，使編碼器進(jìn)入結(jié)束狀態(tài)
????????????????delete?one_frame;
????????????}
????????????//?3.?將數(shù)據(jù)發(fā)送到編碼器
????????????int?ret?=?avcodec_send_frame(m_codec_ctx,?frame);
????????????switch?(ret)?{
????????????????case?AVERROR_EOF:
????????????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Send?frame?finish?[AVERROR_EOF]")
????????????????????break;
????????????????case?AVERROR(EAGAIN):?//編碼編碼器已滿，先取出已編碼數(shù)據(jù)，再嘗試發(fā)送數(shù)據(jù)
????????????????????while?(ret?==?AVERROR(EAGAIN))?{
????????????????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Send?frame?error[EAGAIN]:?%s",?av_err2str(AVERROR(EAGAIN)));
????????????????????????//?4.?將編碼好的數(shù)據(jù)榨干
????????????????????????if?(DrainEncode())?return;?//編碼結(jié)束
????????????????????????//?5.?重新發(fā)送數(shù)據(jù)
????????????????????????ret?=?avcodec_send_frame(m_codec_ctx,?frame);
????????????????????}
????????????????????break;
????????????????case?AVERROR(EINVAL):
????????????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Send?frame?error[EINVAL]:?%s",?av_err2str(AVERROR(EINVAL)));
????????????????????break;
????????????????case?AVERROR(ENOMEM):
????????????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Send?frame?error[ENOMEM]:?%s",?av_err2str(AVERROR(ENOMEM)));
????????????????????break;
????????????????default:
????????????????????break;
????????????}
????????????if?(ret?!=?0)?break;
????????}

????????if?(DrainEncode())?break;?//編碼結(jié)束
????}
}

接下來看下上面提到的 DrainEncode() 方法：

//?BaseEncoder.cpp

bool?BaseEncoder::DrainEncode()?{
????int?state?=?EncodeOneFrame();
????while?(state?==?0)?{
????????state?=?EncodeOneFrame();
????}
????return?state?==?AVERROR_EOF;
}

int?BaseEncoder::EncodeOneFrame()?{
????int?state?=?avcodec_receive_packet(m_codec_ctx,?m_encoded_pkt);
????switch?(state)?{
????????case?AVERROR_EOF:?//解碼結(jié)束
????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Encode?finish")
????????????break;
????????case?AVERROR(EAGAIN):?//編碼還未完成，待會(huì)再來
????????????LOG_INFO(TAG,?LogSpec(),?"Encode?error[EAGAIN]:?%s",?av_err2str(AVERROR(EAGAIN)));
????????????break;
????????case?AVERROR(EINVAL):
????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),??"Encode?error[EINVAL]:?%s",?av_err2str(AVERROR(EINVAL)));
????????????break;
????????case?AVERROR(ENOMEM):
????????????LOG_ERROR(TAG,?LogSpec(),?"Encode?error[ENOMEM]:?%s",?av_err2str(AVERROR(ENOMEM)));
????????????break;
????????default:?//?成功獲取到一幀編碼好的數(shù)據(jù)，寫入?MP4
????????????//將視頻pts/dts轉(zhuǎn)換為容器pts/dts
????????????av_packet_rescale_ts(m_encoded_pkt,?m_src_time_base,
?????????????????????????????????m_muxer->GetTimeBase(m_encode_stream_index));
????????????if?(m_state_cb?!=?NULL)?{
????????????????m_state_cb->EncodeFrame(m_encoded_pkt->data);
????????????????long?cur_time?=?(long)(m_encoded_pkt->pts*av_q2d(m_muxer->GetTimeBase(m_encode_stream_index))*1000);
????????????????m_state_cb->EncodeProgress(cur_time);
????????????}
????????????m_encoded_pkt->stream_index?=?m_encode_stream_index;
????????????m_muxer->Write(m_encoded_pkt);
????????????break;
????}
????av_packet_unref(m_encoded_pkt);
????return?state;
}

同樣是一個(gè) while 循環(huán)，根據(jù)接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)來判斷是否結(jié)束循環(huán)。

主要邏輯在 EncodeOneFrame() 中，通過 avcodec_receive_packet() 獲取 FFmpeg 中已經(jīng)完成編碼的數(shù)據(jù)，如果該方法返回 0 說明獲取成功，可以將數(shù)據(jù)寫入 MP4 中。

EncodeOneFrame() 返回的就是 avcodec_receive_packet 的返回值，那么當(dāng)其為 0 時(shí)，循環(huán)獲取下一幀數(shù)據(jù)，直到返回值為 AVERROR(EAGAIN) 或 AVERROR_EOF，既：沒有數(shù)據(jù) 或 編碼結(jié)束。

如此，通過以上幾個(gè)循環(huán)，不斷往編碼器塞入數(shù)據(jù)，和拉取數(shù)據(jù)，直到完成所有數(shù)據(jù)編碼，結(jié)束編碼。

第3步，結(jié)束編碼，釋放資源

完成編碼后，需要釋放相關(guān)的資源

//?BaseEncoder.cpp

void?BaseEncoder::DoRelease()?{
????if?(m_encoded_pkt?!=?NULL)?{
????????av_packet_free(&m_encoded_pkt);
????????m_encoded_pkt?=?NULL;
????}
????if?(m_codec_ctx?!=?NULL)?{
????????avcodec_close(m_codec_ctx);
????????avcodec_free_context(&m_codec_ctx);
????}
????//?調(diào)用子類方法，釋放子類資源
????Release();

????if?(m_state_cb?!=?NULL)?{
????????m_state_cb->EncodeFinish();
????}
}

封裝視頻編碼器

視頻編碼器繼承自上面定義好的基礎(chǔ)編碼器 BaseEncoder。

//?VideoEncoder.h

class?VideoEncoder:?public?BaseEncoder?{
private:

????const?char?*?TAG?=?"VideoEncoder";

????//?視頻格式轉(zhuǎn)化工具
????SwsContext?*m_sws_ctx?=?NULL;

????//?一陣?YUV?數(shù)據(jù)
????AVFrame?*m_yuv_frame?=?NULL;

????//?目標(biāo)視頻寬高
????int?m_width?=?0,?m_height?=?0;

????void?InitYUVFrame();

protected:

????const?char?*const?LogSpec()?override?{
????????return?"視頻";
????};

????void?InitContext(AVCodecContext?*codec_ctx)?override;
????int?ConfigureMuxerStream(Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecContext?*ctx)?override;
????AVFrame*?DealFrame(OneFrame?*one_frame)?override;
????void?Release()?override;

public:
????VideoEncoder(JNIEnv?*env,?Mp4Muxer?*muxer,?int?width,?int?height);

};

具體實(shí)現(xiàn)：

1. 構(gòu)造方法：

//?VideoEncoder.cpp

VideoEncoder::VideoEncoder(JNIEnv?*env,?Mp4Muxer?*muxer,?int?width,?int?height)
:?BaseEncoder(env,?muxer,?AV_CODEC_ID_H264),
m_width(width),
m_height(height)?{
????m_sws_ctx?=?sws_getContext(width,?height,?AV_PIX_FMT_RGBA,
???????????????????????????????width,?height,?AV_PIX_FMT_YUV420P,?SWS_FAST_BILINEAR,
???????????????????????????????NULL,?NULL,?NULL);
}

這里根據(jù)目標(biāo)輸出視頻的寬高，原格式（OpenGL輸出的RGBA數(shù)據(jù)）/目標(biāo)格式（YUV），初始化格式轉(zhuǎn)換器，這個(gè)與解碼剛好是相反的過程。

2. 編碼參數(shù)初始化：

2.1 初始化上下文和子類內(nèi)部數(shù)據(jù)，主要時(shí)配置編碼視頻的 寬高、碼率、幀率、時(shí)間基 等。

還有一個(gè)比較重要的參數(shù)就是 qmin和qmax，其值范圍為 [0~51]，用于配置編碼畫面質(zhì)量，值越大，畫面質(zhì)量越低，視頻文件越小?？梢愿约旱男枨笈渲?。

還有就是 InitYUVFrame() 申請(qǐng)轉(zhuǎn)碼需要用到的 YUV 數(shù)據(jù)內(nèi)存空間。

//?VideoEncoder.cpp

void?VideoEncoder::InitContext(AVCodecContext?*codec_ctx)?{

????codec_ctx->bit_rate?=?3*m_width*m_height;

????codec_ctx->width?=?m_width;
????codec_ctx->height?=?m_height;

????//把1秒鐘分成fps個(gè)單位
????codec_ctx->time_base?=?{1,?ENCODE_VIDEO_FPS};
????codec_ctx->framerate?=?{ENCODE_VIDEO_FPS,?1};

????//畫面組大小
????codec_ctx->gop_size?=?50;
????//沒有B幀
????codec_ctx->max_b_frames?=?0;

????codec_ctx->pix_fmt?=?AV_PIX_FMT_YUV420P;

????codec_ctx->thread_count?=?8;

????av_opt_set(codec_ctx->priv_data,?"preset",?"ultrafast",?0);
????av_opt_set(codec_ctx->priv_data,?"tune",?"zerolatency",?0);

????//這是量化范圍設(shè)定，其值范圍為0~51，
????//越小質(zhì)量越高，需要的比特率越大，0為無損編碼
????codec_ctx->qmin?=?28;
????codec_ctx->qmax?=?50;

????//全局的編碼信息
????codec_ctx->flags?|=?AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER;

????InitYUVFrame();

????LOGI(TAG,?"Init?codec?context?success")
}

void?VideoEncoder::InitYUVFrame()?{
????//設(shè)置YUV輸出空間
????m_yuv_frame?=?av_frame_alloc();
????m_yuv_frame->format?=?AV_PIX_FMT_YUV420P;
????m_yuv_frame->width?=?m_width;
????m_yuv_frame->height?=?m_height;
????//分配空間
????int?ret?=?av_frame_get_buffer(m_yuv_frame,?0);
????if?(ret?<?0)?{
????????LOGE(TAG,?"Fail?to?get?yuv?frame?buffer");
????}
}

2.2 根據(jù)解碼器信息，寫入對(duì)應(yīng)的 MP4 軌道信息。

//?VideoEncoder.cpp

int?VideoEncoder::ConfigureMuxerStream(Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecContext?*ctx)?{
????return?muxer->AddVideoStream(ctx);
}

3. 處理數(shù)據(jù)

還記得父類定義的子類數(shù)據(jù)處理方法嗎？

視頻編碼器需要將 OpenGL 輸出到 RGBA 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為 YUV 數(shù)據(jù)，才能送進(jìn)編碼器編碼。

//?VideoEncoder.cpp

AVFrame*?VideoEncoder::DealFrame(OneFrame?*one_frame)?{
????uint8_t?*in_data[AV_NUM_DATA_POINTERS]?=?{?0?};
????in_data[0]?=?one_frame->data;
????int?src_line_size[AV_NUM_DATA_POINTERS]?=?{?0?};
????src_line_size[0]?=?one_frame->line_size;

????int?h?=?sws_scale(m_sws_ctx,?in_data,?src_line_size,?0,?m_height,
??????????????????????m_yuv_frame->data,?m_yuv_frame->linesize);
????if?(h?<=?0)?{
????????LOGE(TAG,?"轉(zhuǎn)碼出錯(cuò)");
????????return?NULL;
????}

????m_yuv_frame->pts?=?one_frame->pts;

????return?m_yuv_frame;
}

4. 釋放子類資源

編碼結(jié)束后，父類回調(diào)子類方法，方法資源，通知 Mp4Muxer 結(jié)束視頻通道寫入。

//?VideoEncoder.cpp

void?VideoEncoder::Release()?{
????if?(m_yuv_frame?!=?NULL)?{
????????av_frame_free(&m_yuv_frame);
????????m_yuv_frame?=?NULL;
????}
????if?(m_sws_ctx?!=?NULL)?{
????????sws_freeContext(m_sws_ctx);
????????m_sws_ctx?=?NULL;
????}
????//?結(jié)束視頻通道數(shù)據(jù)寫入
????m_muxer->EndVideoStream();
}

封裝音頻編碼器

音頻編碼器基本視頻是一樣的，只是參數(shù)配置有所不同，直接來看實(shí)現(xiàn)就好。

常規(guī)的音頻參數(shù)配置：比特率，編碼格式，通道數(shù)量等

重點(diǎn)看下 InitFrame() 方法，這里需要通過通道數(shù)、編碼格式等，借助 av_samples_get_buffer_size() 方法，計(jì)算用來保存目標(biāo)幀數(shù)據(jù)的內(nèi)存大小。

//?AudioEncoder.cpp

AudioEncoder::AudioEncoder(JNIEnv?*env,?Mp4Muxer?*muxer)
:?BaseEncoder(env,?muxer,?AV_CODEC_ID_AAC)?{

}

void?AudioEncoder::InitContext(AVCodecContext?*codec_ctx)?{
????codec_ctx->codec_type?=?AVMEDIA_TYPE_AUDIO;
????codec_ctx->sample_fmt?=?ENCODE_AUDIO_DEST_FORMAT;
????codec_ctx->sample_rate?=?ENCODE_AUDIO_DEST_SAMPLE_RATE;
????codec_ctx->channel_layout?=?ENCODE_AUDIO_DEST_CHANNEL_LAYOUT;
????codec_ctx->channels?=?ENCODE_AUDIO_DEST_CHANNEL_COUNTS;
????codec_ctx->bit_rate?=?ENCODE_AUDIO_DEST_BIT_RATE;

????InitFrame();
}

void?AudioEncoder::InitFrame()?{
????m_frame?=?av_frame_alloc();
????m_frame->nb_samples?=?1024;
????m_frame->format?=?ENCODE_AUDIO_DEST_FORMAT;
????m_frame->channel_layout?=?ENCODE_AUDIO_DEST_CHANNEL_LAYOUT;

????int?size?=?av_samples_get_buffer_size(NULL,?ENCODE_AUDIO_DEST_CHANNEL_COUNTS,?m_frame->nb_samples,
??????????????????????????????????????????ENCODE_AUDIO_DEST_FORMAT,?1);
????uint8_t?*frame_buf?=?(uint8_t?*)?av_malloc(size);
????avcodec_fill_audio_frame(m_frame,?ENCODE_AUDIO_DEST_CHANNEL_COUNTS,?ENCODE_AUDIO_DEST_FORMAT,
?????????????????????????????frame_buf,?size,?1);
}

int?AudioEncoder::ConfigureMuxerStream(Mp4Muxer?*muxer,?AVCodecContext?*ctx)?{
????return?muxer->AddAudioStream(ctx);
}

AVFrame*?AudioEncoder::DealFrame(OneFrame?*one_frame)?{
????m_frame->pts?=?one_frame->pts;
????memcpy(m_frame->data[0],?one_frame->data,?4096);
????memcpy(m_frame->data[1],?one_frame->ext_data,?4096);
????return?m_frame;
}

void?AudioEncoder::Release()?{
????m_muxer->EndAudioStream();
}

最后，DealFrame 需要將 one_frame 中保存的左右聲道的數(shù)據(jù)復(fù)制到 m_frame 申請(qǐng)的內(nèi)存中，并返回給 父類 送到編碼器編碼。

四、獲取 OpenGL 渲染的視頻數(shù)據(jù)

我們知道，視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過 OpenGL 編輯以后，是無法直接送到編碼器進(jìn)行編碼的，需要通過 OpenGL 的 glReadPixels 方法來獲取。

下面就改造一下原來定義的 OpenGLRender 來實(shí)現(xiàn)。

完整代碼請(qǐng)查看工程源碼。

在渲染方法 Render() 中，增加獲取的畫面的方法：

//?OpenGLRender.cpp

void?OpenGLRender::Render()?{
????if?(RENDERING?==?m_state)?{
????????m_drawer_proxy->Draw();
????????m_egl_surface->SwapBuffers();

????????if?(m_need_output_pixels?&&?m_pixel_receiver?!=?NULL)?{//輸出畫面rgba
????????????m_need_output_pixels?=?false;
????????????Render();?//再次渲染最新的畫面

????????????size_t?size?=?m_window_width?*?m_window_height?*?4?*?sizeof(uint8_t);

????????????uint8_t?*rgb?=?(uint8_t?*)?malloc(size);
????????????if?(rgb?==?NULL)?{
????????????????realloc(rgb,?size);
????????????????LOGE(TAG,?"內(nèi)存分配失敗：?%d",?rgb)
????????????}
????????????glReadPixels(0,?0,?m_window_width,?m_window_height,?GL_RGBA,?GL_UNSIGNED_BYTE,?rgb);
????????????
????????????//?將數(shù)據(jù)發(fā)送出去
????????????m_pixel_receiver->ReceivePixel(rgb);
????????}
????}
}

增加一個(gè)請(qǐng)求方法，用于通知 OpenGLRender 將數(shù)據(jù)輸發(fā)送出來：

//?OpenGLRender.cpp

void?OpenGLRender::RequestRgbaData()?{
????m_need_output_pixels?=?true;
}

原理很簡單，在解碼器解碼一幀數(shù)據(jù)送入 OpenGL 渲染以后，就馬上通知 OpenGLRender 將畫面發(fā)送出來。

當(dāng)然了，還需要定義一個(gè)接收器：

//?OpenGLPixelReceiver.h

class?OpenGLPixelReceiver?{
public:
????virtual?void?ReceivePixel(uint8_t?*rgba)?=?0;
};

五、MP4 封裝器

該部分內(nèi)容基本就是【上一篇文章】的定義的重打包 FFRepack 工具的重新封裝，這里不再贅述，請(qǐng)查看上一篇文章，或源碼。

//?Mp4Muxer.cpp

void?Mp4Muxer::Init(JNIEnv?*env,?jstring?path)?{
????const?char?*u_path?=?env->GetStringUTFChars(path,?NULL);

????int?len?=?strlen(u_path);
????m_path?=?new?char[len];
????strcpy(m_path,?u_path);

????//新建輸出上下文
????avformat_alloc_output_context2(&m_fmt_ctx,?NULL,?NULL,?m_path);

????//?釋放引用
????env->ReleaseStringUTFChars(path,?u_path);
}

int?Mp4Muxer::AddVideoStream(AVCodecContext?*ctx)?{
????int?stream_index?=?AddStream(ctx);
????m_video_configured?=?true;
????Start();
????return?stream_index;
}

int?Mp4Muxer::AddAudioStream(AVCodecContext?*ctx)?{
????int?stream_index?=?AddStream(ctx);
????m_audio_configured?=?true;
????Start();
????return?stream_index;
}

int?Mp4Muxer::AddStream(AVCodecContext?*ctx)?{
????AVStream?*video_stream?=?avformat_new_stream(m_fmt_ctx,?NULL);
????avcodec_parameters_from_context(video_stream->codecpar,?ctx);
????video_stream->codecpar->codec_tag?=?0;
????return?video_stream->index;
}

void?Mp4Muxer::Start()?{
????if?(m_video_configured?&&?m_audio_configured)?{
????????av_dump_format(m_fmt_ctx,?0,?m_path,?1);
????????//打開文件輸入
????????int?ret?=?avio_open(&m_fmt_ctx->pb,?m_path,?AVIO_FLAG_WRITE);
????????if?(ret?<?0)?{
????????????LOGE(TAG,?"Open?av?io?fail")
????????????return;
????????}?else?{
????????????LOGI(TAG,?"Open?av?io:?%s",?m_path)
????????}
????????//寫入頭部信息
????????ret?=?avformat_write_header(m_fmt_ctx,?NULL);
????????if?(ret?<?0)?{
????????????LOGE(TAG,?"Write?header?fail")
????????????return;
????????}?else?{
????????????LOGI(TAG,?"Write?header?success")
????????}
????}
}

void?Mp4Muxer::Write(AVPacket?*pkt)?{
????int?ret?=?av_interleaved_write_frame(m_fmt_ctx,?pkt);
//????uint64_t?time?=?uint64_t?(pkt->pts*av_q2d(GetTimeBase(pkt->stream_index))*1000);
//????LOGE(TAG,?"Write?one?frame?pts:?%lld,?ret?=?%s",?time?,?av_err2str(ret))
}

void?Mp4Muxer::EndAudioStream()?{
????LOGI(TAG,?"End?audio?stream")
????m_audio_end?=?true;
????Release();
}

void?Mp4Muxer::EndVideoStream()?{
????LOGI(TAG,?"End?video?stream")
????m_video_end?=?true;
????Release();
}

void?Mp4Muxer::Release()?{
????if?(m_video_end?&&?m_audio_end)?{
????????if?(m_fmt_ctx)?{
????????????//寫入文件尾部
????????????av_write_trailer(m_fmt_ctx);

????????????//關(guān)閉輸出IO
????????????avio_close(m_fmt_ctx->pb);

????????????//釋放資源
????????????avformat_free_context(m_fmt_ctx);

????????????m_fmt_ctx?=?NULL;
????????}
????????delete?[]?m_path;
????????LOGI(TAG,?"Muxer?Release")
????????if?(m_mux_finish_cb)?{
????????????m_mux_finish_cb->OnMuxFinished();
????????}
????}
}

六、整合調(diào)用

有了以上工具的定義和封裝，加上之前的解碼器和渲染器，就萬事俱備，只欠東風(fēng)了！

我們需要將他們整合在一起，串聯(lián)起整個(gè)【解碼--編輯--編碼--寫入MP4】流程。

定義合成器 Synthesizer。

初始化

//?Synthesizer.cpp

//?這里直接寫死視頻寬高了，?需要根據(jù)自己的需求動(dòng)態(tài)配置
static?int?WIDTH?=?1920;
static?int?HEIGHT?=?1080;

Synthesizer::Synthesizer(JNIEnv?*env,?jstring?src_path,?jstring?dst_path)?{

????//?封裝器
????m_mp4_muxer?=?new?Mp4Muxer();
????m_mp4_muxer->Init(env,?dst_path);
????m_mp4_muxer->SetMuxFinishCallback(this);
????
????//?--------------------------視頻配置--------------------------
????//?【視頻編碼器】
????m_v_encoder?=?new?VideoEncoder(env,?m_mp4_muxer,?WIDTH,?HEIGHT);
????m_v_encoder->SetStateReceiver(this);

????//?【繪制器】
????m_drawer_proxy?=?new?DefDrawerProxyImpl();
????VideoDrawer?*drawer?=?new?VideoDrawer();
????m_drawer_proxy->AddDrawer(drawer);

????//?【OpenGL?渲染器】
????m_gl_render?=?new?OpenGLRender(env,?m_drawer_proxy);
????//?設(shè)置離屏渲染畫面寬高
????m_gl_render->SetOffScreenSize(WIDTH,?HEIGHT);
????//?接收經(jīng)過（編輯）渲染的畫面數(shù)據(jù)
????m_gl_render->SetPixelReceiver(this);

????//?【視頻解碼器】
????m_video_decoder?=?new?VideoDecoder(env,?src_path,?true);
????m_video_decoder->SetRender(drawer);

????//?監(jiān)聽解碼狀態(tài)
????m_video_decoder->SetStateReceiver(this);

????//--------------------------音頻配置--------------------------
????//?【音頻編碼器】
????m_a_encoder?=?new?AudioEncoder(env,?m_mp4_muxer);
????//?監(jiān)聽編碼狀態(tài)
????m_a_encoder->SetStateReceiver(this);

????//?【音頻解碼器】
????m_audio_decoder?=?new?AudioDecoder(env,?src_path,?true);
????//?監(jiān)聽解碼狀態(tài)
????m_audio_decoder->SetStateReceiver(this);
}

可以看到，解碼流程和以前幾乎時(shí)一模一樣的，三個(gè)不一樣的地方是：

1. 需要告訴解碼器，這是合成過程，無需在解碼后加入時(shí)間同步。

2. OpenGL 渲染是離屏渲染，需要設(shè)置渲染尺寸

3. 音頻無需渲染到 OpenSL 中，直接發(fā)送出來壓入編碼即可。

啟動(dòng)

初始化完畢后，解碼器進(jìn)入等待，需要外面觸發(fā)進(jìn)入循環(huán)解碼流程。

//?Synthesizer.cpp

void?Synthesizer::Start()?{
????m_video_decoder->GoOn();
????m_audio_decoder->GoOn();
}

當(dāng)調(diào)用了 BaseDecoder 的 GoOn() 方法以后，整個(gè)【解碼-->編碼】流程將被啟動(dòng)。

而將它們粘合起來的，就是解碼器的狀態(tài)回調(diào)方法 DecodeOneFrame()。

//?Synthesizer.cpp

bool?Synthesizer::DecodeOneFrame(IDecoder?*decoder,?OneFrame?*frame)?{
????if?(decoder?==?m_video_decoder)?{
????????//?等待上一幀畫面數(shù)據(jù)壓入編碼緩沖隊(duì)列?
????????while?(m_cur_v_frame)?{
????????????av_usleep(2000);?//?2ms
????????}
????????m_cur_v_frame?=?frame;
????????m_gl_render->RequestRgbaData();
????????return?m_v_encoder->TooMuchData();
????}?else?{
????????m_cur_a_frame?=?frame;
????????m_a_encoder->PushFrame(frame);
????????return?m_a_encoder->TooMuchData();
????}
}

void?Synthesizer::ReceivePixel(uint8_t?*rgba)?{
????OneFrame?*rgbFrame?=?new?OneFrame(rgba,?m_cur_v_frame->line_size,
??????????????????????????????????????m_cur_v_frame->pts,?m_cur_v_frame->time_base);
????m_v_encoder->PushFrame(rgbFrame);
????//?清空上一幀數(shù)據(jù)信息
????m_cur_v_frame?=?NULL;
}

當(dāng)接收到解碼器的一幀數(shù)據(jù)后，

• 如果是音頻數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)通過 BaseDecoder 的 PushFrame() 方法壓入隊(duì)列。
• 如果是視頻數(shù)據(jù)，將當(dāng)前幀數(shù)據(jù)信息保存下來，并通知 OpenGLRender 將畫面數(shù)據(jù)發(fā)送出來。在 ReceivePixel() 方法中接收到畫面數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù) PushFrame() 到視頻編碼器中。

直到解碼完畢，在 DecodeFinish() 方法中，壓入空數(shù)據(jù)幀，通知編碼器結(jié)束編碼。

//?Synthesizer.cpp

void?Synthesizer::DecodeFinish(IDecoder?*decoder)?{
????//?編碼結(jié)束，壓入一幀空數(shù)據(jù)，通知編碼器結(jié)束編碼
????if?(decoder?==?m_video_decoder)?{
????????m_v_encoder->PushFrame(new?OneFrame(NULL,?0,?0,?AVRational{1,?25},?NULL));
????}?else?{
????????m_a_encoder->PushFrame(new?OneFrame(NULL,?0,?0,?AVRational{1,?25},?NULL));
????}
}

void?Synthesizer::EncodeFinish()?{
????LOGI("Synthesizer",?"EncodeFinish?...");
}

void?Synthesizer::OnMuxFinished()?{
????LOGI("Synthesizer",?"OnMuxFinished?...");
????m_gl_render->Stop();

????if?(m_mp4_muxer?!=?NULL)?{
????????delete?m_mp4_muxer;
????}
????m_drawer_proxy?=?NULL;
}

至此，整個(gè)流程就完整了?。。?/p>

本系列文章終于完結(jié)啦，總算是把坑填完，為自己撒花～ 哈哈哈～? ??????????????????