Camera開發系列之四-使用MediaMuxer封裝編碼後的音視頻到mp4容器
章節
Camera開發系列之二-相機預覽數據回調android
Camera開發系列之四-使用MediaMuxer封裝編碼後的音視頻到mp4容器git
Camera開發系列之五-使用MediaExtractor製做一個簡易播放器github
Camera開發系列之七-使用GLSurfaceviw繪製Camera預覽畫面 架構
前幾篇的文章中，咱們已經可以獲取到h264格式的視頻裸流和pcm格式的音頻數據了，而使用MediaMuxer這個工具，則能夠將咱們處理過的音視頻數據封裝到mp4容器裏。框架
1. MediaMuxer簡單介紹
學習一個歷來沒接觸過的東西，固然先從官方文檔給開始看啦，下面是MediaMuxer的主要方法：ide
int addTrack(@NonNull MediaFormat format):一個視頻文件是包含一個或多個音視頻軌道的，而這個方法就是用於添加一個視頻或視頻軌道，並返回對應的ID。以後咱們能夠經過這個ID向相應的軌道寫入數據。void start():當咱們添加完全部音視頻軌道以後，須要調用這個方法告訴Muxer，我要開始寫入數據了。須要注意的是，調用了這個方法以後，咱們是沒法再次addTrack了的。void writeSampleData(int trackIndex, ByteBuffer byteBuf, MediaCodec.BufferInfo bufferInfo):用於向Muxer寫入編碼後的音視頻數據。trackIndex是咱們addTrack的時候返回的ID，byteBuf即是要寫入的數據，而bufferInfo是跟這一幀byteBuf相關的信息，包括時間戳、數據長度和數據在ByteBuffer中的位移。void stop() :與start()相對應，用於中止寫入數據。
MediaMuxer中使用的方法就介紹完了，真是個又短又實用的工具(￣▽￣)／。那這玩意兒怎麼用呢？也很簡單，沒有繁瑣的調用方法，只須要四步就搞定：工具
- 初始化MediaMuxer
- 添加音頻軌/視頻軌
- 喂數據
- 處理完數據以後釋放對象
具體的代碼以下：
MediaMuxer mMuxer = new MediaMuxer(path, MediaMuxer.OutputFormat.MUXER_OUTPUT_MPEG_4);//第一步，其中第一個參數爲合成的mp4保存路徑，第二個參數是格式爲MP4
//第二步
public void addTrack(MediaFormat format,boolean isVideo){
Log.e( TAG,"添加音頻軌和視頻軌");
if (mAudioTrackIndex != -1 && mVideoTrackIndex != -1){
new RuntimeException("already addTrack");
}
int track = mMuxer.addTrack(format);
if (isVideo){
mVideoFormat = format;
mVideoTrackIndex = track;
}else {
mAudioFormat = format;
mAudioTrackIndex = track;
}
if (mVideoTrackIndex != -1 && mAudioTrackIndex != -1){ //當音頻軌和視頻軌都添加，才start
mMuxer.start();
}
}
//第三步
public synchronized void putStrem(ByteBuffer outputBuffer,MediaCodec.BufferInfo bufferInfo,boolean isVideo){
if (mAudioTrackIndex == -1 || mVideoTrackIndex == -1){
Log.e( TAG,"音頻軌和視頻軌沒有添加");
return;
}
if ((bufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) != 0){
// The codec config data was pulled out and fed to the muxer when we got
// the INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED status. Ignore it.
}else if (bufferInfo.size != 0){
outputBuffer.position(bufferInfo.offset);
outputBuffer.limit(bufferInfo.size + bufferInfo.offset);
mMuxer.writeSampleData(isVideo?mVideoTrackIndex:mAudioTrackIndex,outputBuffer,bufferInfo);
}
}
//最後一步
public void release(){
if (mMuxer != null){
if (mAudioTrackIndex != -1 && mVideoTrackIndex != -1){
mMuxer.stop();
mMuxer.release();
mMuxer = null;
}
}
}
複製代碼
其中第二步須要注意的是，必須在音頻軌和視頻軌都添加完成以後，才能調用start方法。
2. 使用MediaMuxer
上面的代碼可能讓各位有點懵，道理你們都懂，可是在實際使用中何時添加音視頻軌，何時喂數據？？
在獲取編碼器輸出緩衝區時，調用了mediaCodec.dequeueOutputBuffer()，這個方法的返回值是一個int類型的的索引 ，當這個索引等於MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED(這個常量爲-2)常量時，表示編碼器輸出緩存區格式改變，一般在存儲數據以前且只會改變一次，因此這個時候添加音視頻軌最合適。
當這個索引大於0，說明已成功解碼的輸出緩衝區，這個時候的數據是有效的，能夠餵給MediaMuxer了，視頻數據的寫入具體代碼以下：
//編碼器輸出緩衝區
ByteBuffer[] outputBuffers = mediaCodec.getOutputBuffers();
MediaCodec.BufferInfo mBufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
boolean isAddKeyFrame = false;
int outputBufferIndex;
do {
outputBufferIndex = mediaCodec.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, TIMEOUT_USEC);
if (outputBufferIndex == MediaCodec.INFO_TRY_AGAIN_LATER) {
//Log.i(TAG, "得到編碼器輸出緩存區超時");
} else if (outputBufferIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_BUFFERS_CHANGED) {
// 若是API小於21，APP須要從新綁定編碼器的輸入緩存區；
// 若是API大於21，則無需處理INFO_OUTPUT_BUFFERS_CHANGED
if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
outputBuffers = mediaCodec.getOutputBuffers();
}
} else if (outputBufferIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
// 編碼器輸出緩存區格式改變，一般在存儲數據以前且只會改變一次
// 這裏設置混合器視頻軌道，若是音頻已經添加則啓動混合器（保證音視頻同步）
synchronized (H264EncoderConsumer.this) {
MediaFormat newFormat = mediaCodec.getOutputFormat();
addTrack(newFormat, true);
}
//Log.i(TAG, "編碼器輸出緩存區格式改變，添加視頻軌道到混合器");
} else {
//由於上面的addTrackIndex方法不必定會被調用,因此要在此處再判斷並添加一次,這也是混合的難點之一
if (!mediaUtil.isAddVideoTrack()) {
synchronized (H264EncoderConsumer.this) {
MediaFormat newFormat = mediaCodec.getOutputFormat();
addTrack(newFormat, true);
}
}
ByteBuffer outputBuffer = null;
if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
outputBuffer = outputBuffers[outputBufferIndex];
} else {
outputBuffer = mediaCodec.getOutputBuffer(outputBufferIndex);
}
// 若是API<=19，須要根據BufferInfo的offset偏移量調整ByteBuffer的位置
// 而且限定將要讀取緩存區數據的長度，不然輸出數據會混亂
if (Build.VERSION.SDK_INT <= Build.VERSION_CODES.KITKAT) {
outputBuffer.position(mBufferInfo.offset);
outputBuffer.limit(mBufferInfo.offset + mBufferInfo.size);
}
// 判斷輸出數據是否爲關鍵幀 必須在關鍵幀添加以後，再添加普通幀，否則會出現馬賽克
boolean keyFrame = (mBufferInfo.flags & BUFFER_FLAG_KEY_FRAME) != 0;
if (keyFrame) {
// 錄像時，第1秒畫面會靜止，這是因爲音視軌沒有徹底被添加
Log.i(TAG, "編碼混合,視頻關鍵幀數據(I幀)");
putStrem(outputBuffer, mBufferInfo, true);
isAddKeyFrame = true;
} else {
// 添加視頻流到混合器
if (isAddKeyFrame) {
Log.i(TAG, "編碼混合,視頻普通幀數據(B幀,P幀)" + mBufferInfo.size);
putStrem(outputBuffer, mBufferInfo, true);
}
}
// 處理結束，釋放輸出緩存區資源
mediaCodec.releaseOutputBuffer(outputBufferIndex, false);
}
} while (outputBufferIndex >= 0);
複製代碼
以上是視頻數據的寫入，代碼和以前的編碼h264差很少，就不貼所有代碼了。音頻數據寫入相似，這裏不作過多闡述，我相信各位都是和我同樣的聰明人，不用我再貼代碼都能依葫蘆畫瓢寫出來。
音頻編碼的代碼以下：
public class AudioEncoder {
private MediaCodec.BufferInfo mBufferInfo;
private final String mime = "audio/mp4a-latm";
private int bitRate = 96000;
private FileOutputStream fileOutputStream;
private MediaCodec mMediaCodec;
private static volatile boolean isEncoding;
private static final String TAG = AudioEncoder.class.getSimpleName();
private AudioRecord mAudioRecord;
private int mAudioRecordBufferSize;
private static AudioEncoder mAudioEncoder;
private AudioEncoder() {
}
public static AudioEncoder getInstance() {
if (mAudioEncoder == null) {
synchronized (AudioEncoder.class) {
if (mAudioEncoder == null) {
mAudioEncoder = new AudioEncoder();
}
}
}
return mAudioEncoder;
}
public AudioEncoder setEncoderParams(EncoderParams params) {
try {
mMediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType(mime);
MediaFormat mediaFormat = new MediaFormat();
mediaFormat.setString(MediaFormat.KEY_MIME, mime);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_AAC_PROFILE, MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.AACObjectLC);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, bitRate);
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_CHANNEL_COUNT, 1); //聲道
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_MAX_INPUT_SIZE, 1024 * 100);//做用於inputBuffer的大小
mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_SAMPLE_RATE, 44100);//採樣率
mMediaCodec.configure(mediaFormat, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
//start（）後進入執行狀態，才能作後續的操做
mMediaCodec.start();
startAudioRecord(params);
mBufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
if (null != params.getAudioPath()) {
File fileAAc = new File(params.getAudioPath());
if (!fileAAc.exists()) {
fileAAc.createNewFile();
}
fileOutputStream = new FileOutputStream(fileAAc.getAbsoluteFile());
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return mAudioEncoder;
}
public void startEncodeAacData() {
isEncoding = true;
Thread aacEncoderThread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
while (isEncoding) {
if (mAudioRecord != null && mMediaCodec != null) {
byte[] audioBuf = new byte[mAudioRecordBufferSize];
int readBytes = mAudioRecord.read(audioBuf, 0, mAudioRecordBufferSize);
if (readBytes > 0) {
try {
encodeAudioBytes(audioBuf, readBytes);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
stopEncodeAacSync();
}
});
aacEncoderThread.start();
}
public static boolean isEncoding() {
return isEncoding;
}
private void startAudioRecord(EncoderParams params) {
// 計算AudioRecord所需輸入緩存空間大小
mAudioRecordBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(params.getAudioSampleRate(), params.getAudioChannelConfig(),
params.getAudioFormat());
if (mAudioRecordBufferSize < 1600) {
mAudioRecordBufferSize = 1600;
}
Process.setThreadPriority(Process.THREAD_PRIORITY_AUDIO);
mAudioRecord = new AudioRecord(params.getAudioSouce(), params.getAudioSampleRate(),
params.getAudioChannelConfig(), params.getAudioFormat(), mAudioRecordBufferSize);
// 開始錄音
mAudioRecord.startRecording();
}
private void encodeAudioBytes(byte[] audioBuf, int readBytes) {
//dequeueInputBuffer（time）須要傳入一個時間值，-1表示一直等待，0表示不等待有可能會丟幀，其餘表示等待多少毫秒
int inputIndex = mMediaCodec.dequeueInputBuffer(-1);//獲取輸入緩存的index
if (inputIndex >= 0) {
ByteBuffer inputByteBuf;
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
inputByteBuf = mMediaCodec.getInputBuffer(inputIndex);
} else {
ByteBuffer[] inputBufferArray = mMediaCodec.getInputBuffers();
inputByteBuf = inputBufferArray[inputIndex];
}
if (audioBuf == null || readBytes <= 0) {
mMediaCodec.queueInputBuffer(inputIndex, 0, 0, getPTSUs(), MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM);
} else {
inputByteBuf.clear();
inputByteBuf.put(audioBuf);//添加數據
//inputByteBuf.limit(audioBuf.length);//限制ByteBuffer的訪問長度
mMediaCodec.queueInputBuffer(inputIndex, 0, readBytes, getPTSUs(), 0);//把輸入緩存塞回去給MediaCodec
}
}
int outputIndex;
byte[] frameBytes = null;
do {
outputIndex = mMediaCodec.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, 12000);
if (outputIndex == MediaCodec.INFO_TRY_AGAIN_LATER) {
//Log.i(TAG,"得到編碼器輸出緩存區超時");
} else if (outputIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
//設置混合器視頻軌道，若是音頻已經添加則啓動混合器（保證音視頻同步）
synchronized (AudioEncoder.class) {
MediaFormat format = mMediaCodec.getOutputFormat();
MediaUtil.getDefault().addTrack(format, false);
}
} else {
//獲取緩存信息的長度
int byteBufSize = mBufferInfo.size;
// 當flag屬性置爲BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG後，說明輸出緩存區的數據已經被消費了
if ((mBufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) != 0) {
Log.i(TAG, "編碼數據被消費，BufferInfo的size屬性置0");
byteBufSize = 0;
}
// 數據流結束標誌，結束本次循環
if ((mBufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM) != 0) {
Log.i(TAG, "數據流結束，退出循環");
break;
}
ByteBuffer outPutBuf;
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
outPutBuf = mMediaCodec.getOutputBuffer(outputIndex);
} else {
ByteBuffer[] outputBufferArray = mMediaCodec.getOutputBuffers();
outPutBuf = outputBufferArray[outputIndex];
}
if (byteBufSize != 0) {
//由於上面的addTrackIndex方法不必定會被調用,因此要在此處再判斷並添加一次,這也是混合的難點之一
if (!MediaUtil.getDefault().isAddAudioTrack()) {
synchronized (AudioEncoder.this) {
MediaFormat newFormat = mMediaCodec.getOutputFormat();
MediaUtil.getDefault().addTrack(newFormat, false);
}
}
if (Build.VERSION.SDK_INT <= Build.VERSION_CODES.KITKAT) {
outPutBuf.position(mBufferInfo.offset);
outPutBuf.limit(mBufferInfo.offset + mBufferInfo.size);
}
MediaUtil.getDefault().putStrem(outPutBuf, mBufferInfo, false);
Log.i(TAG, "------編碼混合音頻數據-----" + mBufferInfo.size);
//給adts頭字段空出7的字節
int length = mBufferInfo.size + 7;
if (frameBytes == null || frameBytes.length < length) {
frameBytes = new byte[length];
}
addADTStoPacket(frameBytes, length);
outPutBuf.get(frameBytes, 7, mBufferInfo.size);
if (audioListener != null) {
audioListener.onGetAac(frameBytes, length);
}
}
//釋放
mMediaCodec.releaseOutputBuffer(outputIndex, false);
}
} while (outputIndex >= 0);
}
private long prevPresentationTimes = 0;
private long getPTSUs() {
long result = System.nanoTime() / 1000;
if (result < prevPresentationTimes) {
result = (prevPresentationTimes - result) + result;
}
return result;
}
/** * 給編碼出的aac裸流添加adts頭字段 * * @param packet 要空出前7個字節，不然會搞亂數據 * @param packetLen */
private void addADTStoPacket(byte[] packet, int packetLen) {
int profile = 2; //AAC LC
int freqIdx = 4; //44.1KHz
int chanCfg = 2; //CPE
packet[0] = (byte) 0xFF;
packet[1] = (byte) 0xF9;
packet[2] = (byte) (((profile - 1) << 6) + (freqIdx << 2) + (chanCfg >> 2));
packet[3] = (byte) (((chanCfg & 3) << 6) + (packetLen >> 11));
packet[4] = (byte) ((packetLen & 0x7FF) >> 3);
packet[5] = (byte) (((packetLen & 7) << 5) + 0x1F);
packet[6] = (byte) 0xFC;
}
public void stopEncodeAac() {
isEncoding = false;
}
private void stopEncodeAacSync() {
if (mAudioRecord != null) {
mAudioRecord.stop();
mAudioRecord.release();
mAudioRecord = null;
}
if (mMediaCodec != null) {
mMediaCodec.stop();
mMediaCodec.release();
mMediaCodec = null;
try {
if (fileOutputStream != null) {
fileOutputStream.flush();
fileOutputStream.close();
}
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
MediaUtil.getDefault().release();
if (audioListener != null) {
audioListener.onStopEncodeAacSuccess();
}
}
private AudioEncodeListener audioListener;
public void setEncodeAacListner(AudioEncodeListener listener) {
this.audioListener = listener;
}
public interface AudioEncodeListener {
void onGetAac(byte[] data, int length);
void onStopEncodeAacSuccess();
}
}
複製代碼
音視頻編碼的mediacodec初始化參數都是差很少的，這裏我用一個單獨的類來設置錄製時的參數：
public class EncoderParams {
public static final int DEFAULT_AUDIO_SAMPLE_RATE = 44100; //全部android系統都支持的採樣率
public static final int DEFAULT_CHANNEL_COUNT = 1; //單聲道
public static final int CHANNEL_COUNT_STEREO = 2; //立體聲
public static final int DEFAULT_AUDIO_BIT_RATE = 96000; //默認比特率
public static final int LOW_VIDEO_BIT_RATE = 1; //默認比特率
public static final int MIDDLE_VIDEO_BIT_RATE = 3; //默認比特率
public static final int HIGH_VIDEO_BIT_RATE = 5; //默認比特率
private String videoPath; //視頻文件的全路徑
private String audioPath; //音頻文件全路徑
private int frameWidth;
private int frameHeight;
private int frameRate; // 幀率
private int videoQuality = MIDDLE_VIDEO_BIT_RATE; //碼率等級
private int audioBitrate = DEFAULT_AUDIO_BIT_RATE; // 音頻編碼比特率
private int audioChannelCount = DEFAULT_CHANNEL_COUNT; // 通道數
private int audioSampleRate = DEFAULT_AUDIO_SAMPLE_RATE; // 採樣率
private int audioChannelConfig ; // 單聲道或立體聲
private int audioFormat; // 採樣精度
private int audioSouce; // 音頻來源
public EncoderParams(){
}
//...省略set get方法
}
複製代碼
最後在錄製mp4的時候，同時啓動編碼音頻數據和視頻數據的線程就ok了：
H264EncoderConsumer.getInstance()
.setEncoderParams(params)
.StartEncodeH264Data();
AudioEncoder.getInstance()
.setEncoderParams(params)
.startEncodeAacData();
複製代碼
3. 解決奇葩問題
使用以上的方法錄製mp4視頻，會出現不少奇怪的問題。
恭喜你，看到這兒才發現本篇文章是大坑，如今是否是想特別錘我呀，惋惜你打不着我，略略略
-
不一樣的手機會出現不一樣的狀況，配置低的手機會出現錄製的視頻變慢的現象，配置高的手機會出現視頻變快的現象。
其實出現這個問題很簡單，以前從網上copy代碼，都是用的ArrayBlockingQueue隊列接收每一幀yuv格式的數據，而後mediacodec從隊列中不停的讀取數據，配置低的手機處理數據能力慢，配置高的手機處理數據能力快，就會形成這種狀況。解決方法也很簡單，不用隊列接收數據了唄，直接從camera回調中獲取數據編碼。
你覺得大功告成了嗎？不存在的，解決上面的問題以後，你還會發現錄製的視頻出現卡頓的現象，由於對yuv數據的處理太耗時了，在java中作旋轉yuv數據耗時200ms左右，旋轉以後還要轉換爲mediacodec支持的nv12的數據格式，耗時110ms左右。加起來有300多毫秒，固然卡了。既然java中作數據處理不太方便，那就在native層作吧，直接上cmake寫c++，一鼓作氣。
-
一頓操做猛如虎，一看效果卡如狗。套用java的兩個轉換方法（上篇文章有提供代碼），放進native層，總共耗時在150ms之內，快了將近一倍，雖然沒有那麼卡頓了，可是錄製出來的視頻和
MediaRecorder錄製出來的用肉眼看，仍是有很大的差異。沒辦法了，本身寫的渣代碼無法用，只能靠第三方庫libyuv了。什麼是
libyuv？看看官方解釋：libyuv是Google開源的實現各類YUV與RGB之間相互轉換、旋轉、縮放的庫。它是跨平臺的，可在Windows、Linux、Mac、Android等操做系統，x8六、x6四、arm架構上進行編譯運行，支持SSE、AVX、NEON等SIMD指令加速。
看起開很屌的樣子，下載
libyuv源碼，導入android studio，讓我來試試你的深淺！使用libyuv，首先要將nv21格式的數據轉換爲I420格式，而後才能對數據進行其餘操做。具體流程是這樣的：camera獲取到nv21數據 -> 轉換爲I420 -> 旋轉鏡像I420數據 -> 轉換爲nv12 -> mediacodec編碼爲h264這套流程感受比上面的方法還要耗時，由於多了I420的轉換，可是實際測試總體耗時在20ms左右。側面反映了google有多厲害，我寫的代碼有多渣。
libyuv的使用這裏不作過多介紹，由於android studio 支持cmake，我並無將其編譯爲so庫使用。具體步驟就不細說了，能夠上github看源碼。後期可能會對錄製的音頻變聲，以及對視頻添加水印等處理。
項目地址：camera開發從入門到入土 歡迎start和fork
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