Android音视频进阶路线及资源放送

有Android开发的小伙伴问有没有系统学习音视频的路线或者资料,今天抽空写一篇文章,整理一条从难到易从浅入深的路线,并配套对应的主流代码库.

音视频从采集到播放都经历了哪些流程呢::

通过上面的图,我们简单的把音视频方向分为主要的两块:

• 媒体部分(蓝色+绿色)
• 传输部分(红色)

1.媒体部分

我们这篇文章不再从音视频专业知识开始,而Android系统API的角度,逐层深入.

1.1 原始版本

我们最开始接触的摄像拍照是通过Intent调用系统摄像头:

Intent intent=new Intent();
// 指定开启系统相机的Action
intent.setAction(MediaStore.ACTION_IMAGE_CAPTURE);
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_DEFAULT);
// 根据文件地址创建文件
File file=new File(FILE_PATH);
// 把文件地址转换成Uri格式
Uri uri=Uri.fromFile(file);
// 设置系统相机拍摄照片完成后图片文件的存放地址
intent.putExtra(MediaStore.EXTRA_OUTPUT, uri);

我们要播放视频最原始的是基于VideoView系统控件.

但是系统相机和系统控件VideoView的局限性都是可定制型太差,系统相机的图像分辨率,视频码率以及VideoView的进度条等.

1.2 初级版本

接下来,Android开发中我们接触到最上层的两个API(Android官方提供了的么:https://github.com/android/media-samples 包含了MediaRecorder VideoPlayer等)是:

1. MediaRecorder 音频/视频采集 对应上图蓝色部分, 参考 https://github.com/werbhelius/MediaUtils 实现
2. MediaPlayer 音频/视频播放, (VideoView封装了MediaPlayer),对应上图绿色部分 参考:https://github.com/crossle/MediaPlayerSurface 实现

MediaRecorder示例:

mediaRecorder = new MediaRecorder(); // 创建
mediaRecorder.reset(); // 设置为空闲模式 可以赋属性了
mediaRecorder.setCamera(mCamera);// 设置一个摄像头用于录制。
// 使用SurfaceView预览
mediaRecorder.setPreviewDisplay(mSurfaceHolder.getSurface());

// 1.设置采集声音
// mediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.MIC);
// 设置采集图像
mediaRecorder.setVideoSource(MediaRecorder.VideoSource.CAMERA);
// 2.设置视频，音频的输出格式 mp4
mediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.DEFAULT);
// 开始录制
mediaRecorder.prepare();
mediaRecorder.start();

MediaRecorder示例:

MediaPlayer mMediaPlayer = new MediaPlayer();
mMediaPlayer.setDataSource(mContext, mUri, mHeaders);
mMediaPlayer.setDisplay(mSurfaceHolder);
mMediaPlayer.prepareAsync();

示例代码简单介绍了一下MediaRecorder和MediaRecorder的API,参考上面提供的demo已经可以实现简单的播放器和音视频录制功能了.上面我们又引出两个接口来:Camera, Surface. 拍照等功能我们都可以使用Camera的接口实现,关于Camera的API可以参考google的demo:https://github.com/googlearchive/android-Camera2Basic
Surface我们接下来介绍.

1.3 进阶版本

上面的的MediaRecorder,MediaPlayer直接封装了图中的蓝色部分与绿色部分.它们将输入编码复用以及解码解复用输出封装到了一起,可定制性差:
1.MediaPlayer只支持固定的编码和封装,不支持rtmp等
2.MediaRecorder无法支持mp3,opus, ogg等编码,无法对采集到音视频做预处理(比如变声,美颜等)

基于上述几个原因,我们再认识几个API:

1. 视频采集 Camera
2. 音频采集 AudioRecorder
3. 视频预处理:SurfaceTexture, Surface, EGL ,GLES10
4. 音视频编码 MediaCodec MediaFormat
5. 音视频封装(复用) MediaMuxer
6. 音视频(解复用) MediaExtractor
7. 音视频解码 MediaCodec
8. 视频预览 SurfaceView, GLSurfaceView, TextureView
9. 音频播放 AudioTrack

上述API Android也为我们提供了示例https://github.com/google/grafika,里面包含的示例相当全面:

1. Play video (TextureView). 基于MediaCodec ,MediaExtractor, TextureView封装的播放器,可以帮助理解这几个api.
2. Continuous capture. 基于Camera,GLES20,SurfaceTexture,SurfaceView,MediaCodec实现的建议的视频录制器.
3. Double decode. 类似于Play video示例,只是解码两路视频渲染到TextureView.
4. Hardware scaler exerciser. 演示OpenGL进行画面缩放
5. Live camera (TextureView). 演示Camera,SurfaceTexture以及TextureView使用
6. Multi-surface test. 演示三路视频渲染
7. Play video (SurfaceView). 类似于Play video (TextureView),只是输出从TextureView变成了SurfaceView.
8. Record GL app. 基于FBO同时将摄像头采集数据输出到编码器和屏幕,FBO是实时美颜的关键技术.
9. Record Screen using MediaProjectionManager.基于MediaProjectionManager将屏幕内容录制成文件.之前我们的输入都是摄像头,Android5.0开始提供了MediaProjectionManager,可以对屏幕内容进行采集.
10. Scheduled swap. 了解一个新伙伴Choreographer
11. Show + capture camera. 摄像头同时输出到文件和屏幕(与"RecordFBOActivity"输出对象变成了GLSurfaceView)
12. Simple Canvas in TextureView. 一般的我们把基于OpenGL的渲染称为"硬"渲染,基于Canvas的称为"软"渲染,这个示例展示了如何通过Canvas绘制到TextureView
13. Simple GL in TextureView. 可以理解为实现了GLThread的TextureView.
14. Texture from Camera. Camera->SurfaceTexture->SurfaceView
15. Color bars. Canvas绘制示例
16. OpenGL ES Info. 获取OpenGL 版本等相关信息
17. glTexImage2D speed test. 纹理上传示例,从图片装换为OpenGL纹理,又要认识一个新伙伴: glTexImage2D().
18. glReadPixels speed test. OpenGL纹转换为图片(RGBA/YUV),再认识一个新伙伴 glReadPixels()

上面的demo主要是图形相关的,编解码器观光一下官方文档:https://developer.android.google.cn/reference/android/media/M... 已经不能再明白了.

此外,想弄明白MediaCodec,还需要了解一个数据结构ByteBuffer(移步官方文档了解一下? https://developer.android.google.cn/reference/java/nio/ByteBu...)

如果学习完这些,那么恭喜你,你已经对音视频相关知识有了一些了解了.接下来你可以试着去接触一下著名的android-gpuimage,以及了解OpenGL相关的FBO,PBO,Texture等,可以处理视频编辑,简单实现美颜等滤镜了.
推荐一些OpenGL相关文章:

1. 第一个OpenGL程序:https://blog.csdn.net/fuyajun01/article/details/6705393
2. 计算机图形学网络课程:http://netclass.csu.edu.cn/NCourse/hep089/term/CG_Txt_7_001.htm
3. LearnOpenGl-CN:https://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/01%20Getting%...
4. opengl-tutorial:https://learnopengl-cn.readthedocs.io/zh/latest/01%20Getting%...
5. OpenGl Pixel Buffer Object(PBO):http://www.songho.ca/opengl/gl_pbo.html
6. OpenGL深入探索——缓冲区对象（*BO）:https://blog.csdn.net/panda1234lee/article/details/51546131
7. OpenGL深入探索——像素缓冲区对象 （PBO）:https://blog.csdn.net/panda1234lee/article/details/51546502
8. Android 关于美颜/滤镜 利用PBO从OpenGL录制视频:https://www.jianshu.com/p/3bc4db687546
9. EGL API Notes
10. Learn OpenGL ES:http://www.learnopengles.com/android-lesson-one-getting-started/
11. OpenGL Transformation:http://www.songho.ca/opengl/gl_transform.html
12. glsl_tutorial:http://zach.in.tu-clausthal.de/teaching/cg_literatur/glsl_tut...
13. GLSL ES（OpenGL ES着色器语言）_WebGL笔记9:http://www.ayqy.net/blog/glsl-es%EF%BC%88opengl-es%E7%9D%80%E...
14. OpenGL 纹理坐标 和 顶点坐标映射关系 详解:https://blog.csdn.net/xipiaoyouzi/article/details/53584798
15. https://www.khronos.org/registry/EGL/extensions/KHR/EGL_KHR_i...
    OpenGL中FrameBuffer使用:https://blog.csdn.net/wl_soft50/article/details/7916955

1.4 高级版本

进阶版本中处理的都是Java层数据,有时候我们要编码mp3,opus等,手机硬件编码器(就是MediaCodec)不支持,我们需要引入编解码器库(lame,opus),这些库都是c/cpp实现,我们要经过jni封装,但是jni是有消耗的,那么我们可以不可以直接在c/cpp层实现采集,编码,播放呢? 当然是YES,下面我们再来了解一下jni层的API:

1. 图像采集: 图像采集可以使用Java Camera,通过给Camera Surface,Surface再给jni的MediaCodec,也可以试试<camera/NdkCameraManager.h>
2. 声音采集: 了解一下<SLES/OpenSLES_Android.h> , <SLES/OpenSLES.h>, opensl的文档太粗陋,给你一份Android官方demo:https://github.com/android/ndk-samples/tree/master/audio-echo
3. 编解码: 了解一下<media/NdkMediaCodec.h>
4. 封装(复用)器: <media/NdkMediaMuxer.h>
5. 解封装(解复用)器: <media/NdkMediaExtractor.h>
6. 图像渲染: ndk-bundle/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64/sysroot/usr/include下的EGL, GLES, GLES2, GLES3等

如果了解到这,那么恭喜你,可以继续学习一些其他库了:

1. lamemp3:Android只支持mp3解码,不支持mp3编码,幸好有lame:官网, 使用示例 文章介绍: 带你写一个Mp文件解析器-Mp3文件结构全解析(一),带你写一个Mp文件解析器-Mp3文件结构全解析(二)
2. opus: 实时语音场景的首选是opus,但是Android还是只能解码不能编码,索性移步:官网,文章介绍Opus从入门到精通(一):简介,Opus从入门到精通(二):编解码器使用, Opus从入门到精通(三)手撸一个Opus编码程序,Opus从入门到精通(四)Opus解码程序实现,Opus从入门到精通(五)OggOpus封装器全解析,学习到这应该不再需要demo了,自己动手来一个吧
3. aac: Android支持了aac硬件编解码,但是出于编码效率以及低端手机考虑,了解一下FAAC
4. x264: Android默认支持了h264的编解码,但也是出于编码效率及低端手机考虑,了解一下x264
5. ffmpeg: 现在终于可以了解下传说中的ffmpeg了,音视频界的万能神器.

1.5 终极阶段

现在你可以更深入的了解声音的本质,特性,图像的压缩原理等等,去理解时域与频域,去学习https://charlesliuyx.github.io/2018/02/18/%E3%80%90%E7%9B%B4%E8%A7%82%E8%AF%A6%E8%A7%A3%E3%80%91%E8%AE%A9%E4%BD%A0%E6%B0%B8%E8%BF%9C%E5%BF%98%E4%B8%8D%E4%BA%86%E7%9A%84%E5%82%85%E9%87%8C%E5%8F%B6%E5%8F%98%E6%8D%A2%E8%A7%A3%E6%9E%90/,这个时候可以把高等数学和线性代数翻出来了.

2.传输部分

传输部分我们音视频领域主要用到的应用层协议:

• http
• rtmp
• rtc

2.1基于http的音视频传输

Android上面的系统播放器MediaPlayer默认支持http的,可以传入一个远程的mp4地址给MediaPlayer播放.但是这种只能实现点播,如果要在http上实现直播的话,了解一下HLS以及HttpFLV:https://www.jianshu.com/p/32417d8ee5b6

2.2 rtmp

rtmp是adobe的产物,主要用于直播场景,主播一路上行,观众多路下行

• 深入理解rtmp(一)之开发环境搭建
• 深入理解rtmp(二)之C++脚手架搭建
• 深入理解rtmp(三)之手把手实现握手协议
• 深入理解rtmp(四)之协议实现分析

具体资源,文章里都有介绍了

2.3 rtc

rtmp实现了直播,但要互动直播就需要rtc了.现在好多都是基于webrtc的二次开发.

• How to get started with WebRTC and iOS without wasting 10 hours of your life:http://ninjanetic.com/how-to-get-started-with-webrtc-and-ios-...
• WebRTC 1.0: Real-time Communication Between Browsers:https://www.w3.org/TR/webrtc/#intro
• Android之WebRTC介绍:https://www.tuicool.com/articles/VvueErU
• SDP for the WebRTC:https://tools.ietf.org/id/draft-nandakumar-rtcweb-sdp-01.html
• WebRTC 1.0: Real-time Communication Between Browsers:http://w3c.github.io/webrtc-pc/

3.资源整理

3.1 摄像头及录制相关

• https://github.com/aserbao/AndroidCamera : 自定义Android相机(仿抖音)，其中功能包括视频人脸识别贴纸，分段录制，回滚删除，倒计时录制，视频裁剪，视频帧处理，获取视频第一帧，关键帧，视频旋转，滤镜添加，水印添加，Gif合成到视频，文字转视频，图片转视频，音视频合成，音频变声处理，SoundTouch，Fmod音频处理。
• https://github.com/CJT2325/CameraView : 仿微信拍照Android控件（轻触拍照，长按摄像）
• https://github.com/wuhaoyu1990/MagicCamera : Real-time Filter Camera&VideoRecorder And ImageEditor With Face Beauty For Android---包含美颜等40余种实时滤镜相机，可拍照、录像、图片修改,吸取了gpuimage很多滤镜
• https://github.com/android/camera-samples : 谷歌官方demo

3.2 webrtc

1. Pion WebRtc(https://github.com/pion/webrtc ):Pure Go implementation of the WebRTC API
2. WebRtc 学而思镜像(https://gitlab.com/webrtc-mirror/webrtc):
3. WebRtc声网镜像(https://webrtc.agora.io/mirror/)
4. Flutter-p2p-engine(https://gitee.com/cdnbye/flutter-p2p-engine):Flutter视频/直播APP省流量&加速,基于webrtc
5. Android-p2p-engine(https://gitee.com/cdnbye/android-p2p-engine):传输能力基于WebRTC Datachannel,可以与CDNBye的Web端插件互联互通
6. UnityRenderStreaming(https://github.com/Unity-Technologies/UnityRenderStreaming):Streaming Server for unity
7. WebRTC的拥塞控制和带看策略(https://mp.weixin.qq.com/s/Ej63-FTe5-2pkxyXoXBUTw):
8. WebRTC拥塞控制策略(https://www.freehacker.cn/media/webrtc-gcc/)
9. Google's BBR拥塞控制算法如何对抗diu丢包(https://blog.csdn.net/dog250/article/details/52902029)
10. RTP Media Congestion Avoidance Techniques:https://datatracker.ietf.org/wg/rmcat/charter/
11. medooze/media-server(https://github.com/medooze/media-server):WebRTC Media Server
12. 涂鸦开源voip:https://gitee.com/tucodec/relay_server
13. Jackarain/avplayer(https://github.com/Jackarain/avplayer):一个基于FFmpeg、libtorrent的P2P播放器实现
14. EricssonResearch/openwebrtc:A cross-platform WebRTC client framework based on GStreamer http://www.openwebrtc.org
15. webrtc/apprtc: The video chat demo app based on WebRTC. This project is currently on HOLD with minimal maintenance. https://appr.tc
16. AirenSoft/OvenMediaEngine: OvenMediaEngine (OME) is a streaming engine for real-time live broadcasting with ultra-low latency. https://OvenMediaEngine.com/ome
17. runner365/read_book:一点点从基础做起 从音视频协议原文精读翻译做起，欢迎交流指导！
18. WebRTC in the real world: STUN, TURN and signaling:https://www.html5rocks.com/en/tutorials/webrtc/infrastructure/
19. WebRTC 的 Android 2 Android 实现:https://blog.csdn.net/youmingyu/article/details/53192714
20. webrtc进阶-信令篇-之四： 如何为WebRTC项目选择信令协议
21. pristineio/webrtc-build-scripts: A set of build scripts useful for building WebRTC libraries for Android and iOS.
22. weizhenwei https://www.jianshu.com/u/102fafe8c6b9: Webrtc源码分析相关博客
23. WebRTC代码走读（八）：代码目录结构:https://blog.csdn.net/wanghorse/article/details/46387997
24. WEBRtc相关:https://www.wolfcstech.com/archives/

3.3 音视频标准/历史相关

1. 编解码和视频处理技术介绍:https://wenku.baidu.com/view/0ce01567f5335a8102d220d5.html?fr...
2. 多媒体技术基础第三方03章_数字声音编码:https://wenku.baidu.com/view/f098cf7202768e9951e73893.html?ma...
3. 音视频系统培训资料(内部):https://wenku.baidu.com/view/3fa2be7b1a37f111f0855b95.html?fr...
4. 音视频编解码技术:https://wenku.baidu.com/view/419f8333a7c30c22590102020740be1e...
5. 音视频专业知识:https://wenku.baidu.com/view/6ea5db1114791711cc7917bb.html?fr...
6. 音视频通信基础知识:https://wenku.baidu.com/view/7d3c247624c52cc58bd63186bceb19e8...
7. 第二章音频的数字化:https://wenku.baidu.com/view/7154440f6c85ec3a87c2c56d.html
8. 音视频技术及发展:https://wenku.baidu.com/view/4d4f13c74028915f804dc27e.html

3.4 其他

1. rainfly123/flvmuxer(https://github.com/rainfly123/flvmuxer):This tool is used to encapsulate H264 and AAC to RTMP
2. ant-media/LibRtmp-Client-for-Android(https://github.com/ant-media/LibRtmp-Client-for-Android):It is probably the smallest(~60KB, fat version ~300KB) rtmp client for android. It calls librtmp functions over JNI interface http://antmedia.io
3. video-dev/hls.js(https://github.com/video-dev/hls.js):JavaScript HLS client using Media Source Extension https://hls-js.netlify.com/demo
4. rao1219/VideoAnalysisTool(https://github.com/rao1219/VideoAnalysisTool):这是一款视频分析处理工具，目前嵌入了Visual Tracking功能，手动勾选视频中第一帧的某个物体，程序自动跟踪该物体在整个视频序列中的位置
5. https://github.com/guoguo11/JSpeex-util:java JNI 调用C实现.speex转换为.wav;使用场景：微信高清语音.speex解码为.wav
6. https://github.com/kaldi-asr/kaldi:This is the official location of the Kaldi project. http://kaldi-asr.org
7. latelee/H264BSAnalyzer:H264(AVC) and H265(HEVC) bit stream Analyzer, VS2010 MFC project(Windows 7 x64).
8. ZhengfengRao/rtp2mp4:recv rtp(h264+aac), save as mp4 file
9. hmgle/h264_to_rtp:Send H264 file by RTP over UDP
10. kn007/silk-v3-decoder:[Skype Silk Codec SDK]Decode silk v3 audio files (like wechat amr, aud files, qq slk files) and convert to other format (like mp3). Batch conversion support. https://kn007.net/topics/decoding-qq-…
11. SimpleLivePublisher.Lite https://github.com/gezhaoyou/SimpleLivePublisherLite : 简介的Android平台直播推流

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