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android视频分析

发布时间:2023-06-13 12:02:19

android -- 音视频基础知识

帧,是视频的一个基本概念,表示一张画面,如上面的翻页动画书中的一页,就是一帧。一个视频就是由许许多多帧组成的。

帧率,即单位时间内帧的数量,单位为:帧/秒 或fps(frames per second)。一握指秒内包含多少张图片,图片越多,画面越顺滑,过渡越自然。 帧率的一般以下几个典型值:

24/25 fps:1秒 24/25 帧,一般的电影帧率。

30/60 fps:1秒 30/60 帧,游戏的帧率,30帧可以接受,60帧会感觉更加流畅逼真。

85 fps以上人眼基本无法察觉出来了,所以更高的帧率在视频里没有太大意义。

这里我们只讲常用到的两种色彩空间。

RGB的颜色模式应该是我们最熟悉的一种,在现在的电子设备中应用广泛。通过R G B三种基础色,可以混合出所有的颜色。

这里着重讲一下YUV,这种色彩空间并不是我们熟悉的。这是一种亮度与色度分离的色彩格式。

早期的电慧谈视都是黑白的,即只有亮度值,即Y。有了彩色电视以后,加入了UV两种色度,形成现在的YUV,也叫YCbCr。

Y:亮度,就是灰度值。除了表示亮度信号外,还含有较多的绿色通道量。

U:蓝色通道与亮度的差值。

V:红色通道与亮度的差值。

音频数据的承载方式最常用的是 脉冲编码调制 ,即 PCM

在自然界中,声音是连续不断的,是一种模拟信号,那怎样才能把声音保存下来呢?那就是把声音数字化,即转换为数字信号。

我们知道声音是一种波,有自己的振幅和频率,那么要保存声音,就要保存声音在各个时间点上的振幅。

而数字信号并不能连续保存所有时间点的振幅,事实上,并不需要保存连续的信号,就可以还原到人耳可接受的声音。

根据奈奎斯特采样定理:为了不失真地恢复模拟信号,采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。

根据以上分析,PCM的采集步骤分为以下步骤:

采样率,即采样的频率。

上面提到,采样率要大于原声波频率的2倍,人耳能听到的最高频率为20kHz,所以为了满足人耳的听觉要求,采样率至少为40kHz,通常为44.1kHz,更高的通常为48kHz。

采样位数,涉及到上面提到的振段碧配幅量化。波形振幅在模拟信号上也是连续的样本值,而在数字信号中,信号一般是不连续的,所以模拟信号量化以后,只能取一个近似的整数值,为了记录这些振幅值,采样器会采用一个固定的位数来记录这些振幅值,通常有8位、16位、32位。

位数越多,记录的值越准确,还原度越高。

最后就是编码了。由于数字信号是由0,1组成的,因此,需要将幅度值转换为一系列0和1进行存储,也就是编码,最后得到的数据就是数字信号:一串0和1组成的数据。

整个过程如下:

声道数,是指支持能不同发声(注意是不同声音)的音响的个数。 单声道:1个声道
双声道:2个声道
立体声道:默认为2个声道
立体声道(4声道):4个声道

码率,是指一个数据流中每秒钟能通过的信息量,单位bps(bit per second)

码率 = 采样率 * 采样位数 * 声道数

这里的编码和上面音频中提到的编码不是同个概念,而是指压缩编码。

我们知道,在计算机的世界中,一切都是0和1组成的,音频和视频数据也不例外。由于音视频的数据量庞大,如果按照裸流数据存储的话,那将需要耗费非常大的存储空间,也不利于传送。而音视频中,其实包含了大量0和1的重复数据,因此可以通过一定的算法来压缩这些0和1的数据。

特别在视频中,由于画面是逐渐过渡的,因此整个视频中,包含了大量画面/像素的重复,这正好提供了非常大的压缩空间。

因此,编码可以大大减小音视频数据的大小,让音视频更容易存储和传送。

视频编码格式有很多,比如H26x系列和MPEG系列的编码,这些编码格式都是为了适应时代发展而出现的。

其中,H26x(1/2/3/4/5)系列由ITU(International Telecommunication Union)国际电传视讯联盟主导

MPEG(1/2/3/4)系列由MPEG(Moving Picture Experts Group, ISO旗下的组织)主导。

当然,他们也有联合制定的编码标准,那就是现在主流的编码格式H264,当然还有下一代更先进的压缩编码标准H265。

H264是目前最主流的视频编码标准,所以我们后续的文章中主要以该编码格式为基准。

H264由ITU和MPEG共同定制,属于MPEG-4第十部分内容。

我们已经知道,视频是由一帧一帧画面构成的,但是在视频的数据中,并不是真正按照一帧一帧原始数据保存下来的(如果这样,压缩编码就没有意义了)。

H264会根据一段时间内,画面的变化情况,选取一帧画面作为完整编码,下一帧只记录与上一帧完整数据的差别,是一个动态压缩的过程。

在H264中,三种类型的帧数据分别为

I帧:帧内编码帧。就是一个完整帧。

P帧:前向预测编码帧。是一个非完整帧,通过参考前面的I帧或P帧生成。

B帧:双向预测内插编码帧。参考前后图像帧编码生成。B帧依赖其前最近的一个I帧或P帧及其后最近的一个P帧。

全称:Group of picture。指一组变化不大的视频帧。

GOP的第一帧成为关键帧:IDR

IDR都是I帧,可以防止一帧解码出错,导致后面所有帧解码出错的问题。当解码器在解码到IDR的时候,会将之前的参考帧清空,重新开始一个新的序列,这样,即便前面一帧解码出现重大错误,也不会蔓延到后面的数据中。

DTS全称:Decoding Time Stamp。标示读入内存中数据流在什么时候开始送入解码器中进行解码。也就是解码顺序的时间戳。

PTS全称:Presentation Time Stamp。用于标示解码后的视频帧什么时候被显示出来。

前面我们介绍了RGB和YUV两种图像色彩空间。H264采用的是YUV。

YUV存储方式分为两大类:planar 和 packed。

planar如下:

packed如下:

上面说过,由于人眼对色度敏感度低,所以可以通过省略一些色度信息,即亮度共用一些色度信息,进而节省存储空间。因此,planar又区分了以下几种格式:YUV444、 YUV422、YUV420。

YUV 4:4:4采样,每一个Y对应一组UV分量。

YUV 4:2:2采样,每两个Y共用一组UV分量。

YUV 4:2:0采样,每四个Y共用一组UV分量。

其中,最常用的就是YUV420。

YUV420属于planar存储方式,但是又分两种类型:

YUV420P:三平面存储。数据组成为YYYYYYYYUUVV(如I420)或YYYYYYYYVVUU(如YV12)。

YUV420SP:两平面存储。分为两种类型YYYYYYYYUVUV(如NV12)或YYYYYYYYVUVU(如NV21)

原始的PCM音频数据也是非常大的数据量,因此也需要对其进行压缩编码。

和视频编码一样,音频也有许多的编码格式,如:WAV、MP3、WMA、APE、FLAC等等,音乐发烧友应该对这些格式非常熟悉,特别是后两种无损压缩格式。

但是,我们今天的主角不是他们,而是另外一个叫AAC的压缩格式。

AAC是新一代的音频有损压缩技术,一种高压缩比的音频压缩算法。在MP4视频中的音频数据,大多数时候都是采用AAC压缩格式。

AAC格式主要分为两种:ADIF、ADTS。

ADIF:Audio Data Interchange Format。音频数据交换格式。这种格式的特征是可以确定的找到这个音频数据的开始,不需进行在音频数据流中间开始的解码,即它的解码必须在明确定义的开始处进行。这种格式常用在磁盘文件中。

ADTS:Audio Data Transport Stream。音频数据传输流。这种格式的特征是它是一个有同步字的比特流,解码可以在这个流中任何位置开始。它的特征类似于mp3数据流格式。

ADIF数据格式:

ADTS 一帧 数据格式(中间部分,左右省略号为前后数据帧):

AAC内部结构也不再赘述,可以参考AAC 文件解析及解码流程

细心的读者可能已经发现,前面我们介绍的各种音视频的编码格式,没有一种是我们平时使用到的视频格式,比如:mp4、rmvb、avi、mkv、mov...

没错,这些我们熟悉的视频格式,其实是包裹了音视频编码数据的容器,用来把以特定编码标准编码的视频流和音频流混在一起,成为一个文件。

例如:mp4支持H264、H265等视频编码和AAC、MP3等音频编码。

我们在一些播放器中会看到,有硬解码和软解码两种播放形式给我们选择,但是我们大部分时候并不能感觉出他们的区别,对于普通用户来说,只要能播放就行了。

那么他们内部究竟有什么区别呢?

在手机或者PC上,都会有CPU、GPU或者解码器等硬件。通常,我们的计算都是在CPU上进行的,也就是我们软件的执行芯片,而GPU主要负责画面的显示(是一种硬件加速)。

所谓软解码,就是指利用CPU的计算能力来解码,通常如果CPU的能力不是很强的时候,一则解码速度会比较慢,二则手机可能出现发热现象。但是,由于使用统一的算法,兼容性会很好。

硬解码,指的是利用手机上专门的解码芯片来加速解码。通常硬解码的解码速度会快很多,但是由于硬解码由各个厂家实现,质量参差不齐,非常容易出现兼容性问题。

MediaCodec 是Android 4.1(api 16)版本引入的编解码接口,是所有想在Android上开发音视频的开发人员绕不开的坑。

由于Android碎片化严重,虽然经过多年的发展,Android硬解已经有了很大改观,但实际上各个厂家实现不同, 还是会有一些意想不到的坑。

相对于FFmpeg,Android原生硬解码还是相对容易入门一些,所以接下来,我将会从MediaCodec入手,讲解如何实现视频的编解码,以及引入OpenGL实现对视频的编辑,最后才引入FFmpeg来实现软解,算是一个比较常规的音视频开发入门流程吧。

Ⅱ 【Android音视频】视频开发优化

本文主要记录一些在视频开发中会遇到的一些优化及自己的实现思路。

在刷抖音等短视频的时候,会发现视频基本是秒开的,那么怎么实现呢?

我的实现思路:视频采用m3u8格式的,利用其特性,我们可以预先缓存其中的第一个ts文件和m3u8文件,然后视频播放时通过访问本地服务器读取缓存下来的m3u8和第一个ts文件,缩短了起播时网络加载这一步的时间,通过测试发现,使用Android自带的播放器对视频播放的话,视频起播稳定在1s左右,视频Ijkplayer播放器的话起播时间稳定在0.2s左右,基本实现了视频秒开的功能,当然还可以通过实际项目的需要,进一步在视频生成时控制视频的分辨率、帧率、码率等,规定第一个ts的时间等。

实现Demo: Android短视频秒开实现

在列表视频的开发中,会存在滑动过程中卡顿的现象,这是由于release这个方法是阻塞的,因此我们可以将其异步处理。

本文持续更新,若你在开发中遇到优化问题,可留言讨论。

Ⅲ android下视频文件从解码到播放需要哪几步,请简述

Android通过软解码播放视频
1, 一般情况下Android的平台都是硬解码视频的,尤其是在Arm平台这种成熟的硬件平台上面(硬解码代码由芯片厂商提供)。但是Android移植到
2, MIPS平台时间还不长,还不成熟,还需要自己实现硬件解码的工作。为了早日让Android在MIPS平台运行起来,我选择了先用软解码播放视频。
3,Android代码是从Android on MIPS社区获得的代码。发现软解码视频播放过程中会发生崩溃。经过分析好像是内存分配的问题。

4, 经过研究OpenCore库(Android框架是通过OpenCore来播放视频的,网上有很多关于OpenCore的介绍,这里就不多说了),并参考Android平台——Surfaceflinger机制。发现问题出在源文件:
frameworks/base/libs/surfaceflinger/LayerBuffer.cpp的LayerBuffer::BufferSource::postBuffer方法中:
............
buffer = new LayerBuffer::Buffer(buffers, offset);
............类LayerBuffer::Buffer的构造函数代码如下:
LayerBuffer::Buffer::Buffer(const ISurface::BufferHeap& buffers, ssize_t offset)
: mBufferHeap(buffers)
{
NativeBuffer& src(mNativeBuffer);
g.handle = 0;
gralloc_mole_t const * mole = LayerBuffer::getGrallocMole();
if (mole && mole->perform) {
int err = mole->perform(mole,
GRALLOC_MODULE_PERFORM_CREATE_HANDLE_FROM_BUFFER,
buffers.heap->heapID(), buffers.heap->getSize(),
offset, buffers.heap->base(),
& g.handle);
if (err == NO_ERROR) {
op.l = 0;
op.t = 0;
op.r = buffers.w;
op.b = buffers.h;
g.w = buffers.hor_stride ?: buffers.w;
g.h = r_stride ?: buffers.h;
rmat = rmat;
se = (void*)(intptr_t(buffers.heap->base()) + offset);
}
}
}LayerBuffer::getGrallocMole方法的调用到的Gralloc为:
hardware/libhardware/moles/gralloc/gralloc.cpp因为的没有实现在自己的硬件只能用通用的Gralloc,经过分析发现通用的Gralloc没有实现
5, mole->perform函数指针,mole->perform为NULL,所以不会对Buffer进行必要的初始化(我觉得应该是一个疏忽,只是不知道是谷歌的疏忽,还是MIPS移植人员的疏忽,最起码应该能够让通用硬件能跑起来)。参考其他的硬件实现一个perform函数指针到通用Gralloc中。
在源文件:
hardware/libhardware/moles/gralloc/mapper.cpp增加如下的函数定义:
int gralloc_perform(struct gralloc_mole_t const* mole,
int operation, ... )
{
int res = -EINVAL;
va_list args;
va_start(args, operation);
switch (operation) {
case GRALLOC_MODULE_PERFORM_CREATE_HANDLE_FROM_BUFFER: {
int fd = va_arg(args, int);
size_t size = va_arg(args, size_t);
size_t offset = va_arg(args, size_t);
void* base = va_arg(args, void*);
native_handle_t** handle = va_arg(args, native_handle_t**);
private_handle_t* hnd = (private_handle_t*)native_handle_create(
private_handle_t::sNumFds, private_handle_t::sNumInts);
hnd->magic = private_handle_t::sMagic;
hnd->fd = fd;
hnd->flags = private_handle_t::PRIV_FLAGS_USES_PMEM;
hnd->size = size;
hnd->offset = offset;
hnd->base = intptr_t(base) + offset;
hnd->lockState = private_handle_t::LOCK_STATE_MAPPED;
*handle = (native_handle_t *)hnd;
res = 0;
break;
}
}
va_end(args);
return res;
}然后在gralloc.cpp中增加,gralloc_perform的声明:
extern int gralloc_perform(struct gralloc_mole_t const* mole,
int operation, ... );并修改HAL_MODULE_INFO_SYM的定义,增加perform字段的定义:
struct private_mole_t HAL_MODULE_INFO_SYM = {
base: {
.......
perform: gralloc_perform,
},
......
}; 重新编译gralloc模块,再次用Gallary应用程序通过软解码播放视频,就可以流畅的播放了,软解码的效率挺高的,没有卡的感觉!

Ⅳ android 开发 怎么通过地址链接访问获取视频流,并解析播放

你可以直接把这个链接发送给系统播放器播放,或者用videoview播放, 你的地址链接是个参数,set一下就可以播放了

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