android stagefright 框架

原文：【转】android stagefright 框架

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在Android上，预设的多媒体框架(multimedia framework)是OpenCORE。OpenCORE的优点是兼顾了跨平台的移植性，而且已经过多方验证，所以相对来说较为稳定；但是其缺点是过於庞大复杂，需要耗费相当多的时间去维护。从Android 2.0开始，Google引进了架构稍为简洁的Stagefright，并且有逐渐取代OpenCORE的趋势 (注1)。

[图1] Stagefright在Android多媒体架构中的位置。
 

[图2] Stagefright所涵盖的模组 (注2)。
以下我们就先来看看Stagefright是如何播放一个影片档。

Stagefright在Android中是以shared library的形式存在(libstagefright.so)，其中的module -- AwesomePlayer可用来播放video/audio(注3)。AwesomePlayer提供许多API，可以让上层的应用程式(Java/JNI)来呼叫，我们以一个简单的程式来说明video playback的流程。

在Java中，若要播放一个影片档，我们会这样写：

MediaPlayer mp = new MediaPlayer();
mp.setDataSource(PATH_TO_FILE); ...... (1)
mp.prepare(); ........................ (2)、(3)
mp.start(); .......................... (4)

在Stagefright中，则会看到相对应的处理；

(1) 将档案的绝对路径指定给mUri

status_t AwesomePlayer::setDataSource(const char* uri, ...)
{
  return setDataSource_l(uri, ...);
}

status_t AwesomePlayer::setDataSource_l(const char* uri, ...)
{
  mUri = uri;
}

(2) 启动mQueue，作为event handler

status_t AwesomePlayer::prepare()
{
  return prepare_l();
}

status_t AwesomePlayer::prepare_l()
{
  prepareAsync_l();

  while (mFlags & PREPARING)
  {
    mPreparedCondition.wait(mLock);
  }
}

status_t AwesomePlayer::prepareAsync_l()
{
  mQueue.start();

  mFlags |= PREPARING;
  mAsyncPrepareEvent = new AwesomeEvent(
                             this
                             &AwesomePlayer::onPrepareAsyncEvent);
  mQueue.postEvent(mAsyncPrepareEvent);
}

(3) onPrepareAsyncEvent被触发

 

void AwesomePlayer::onPrepareAsyncEvent()
{
  finishSetDataSource_l();

  initVideoDecoder(); ...... (3.3)
  initAudioDecoder();
}

status_t AwesomePlayer::finishSetDataSource_l()
{
  dataSource = DataSource::CreateFromURI(mUri.string(), ...);
  sp<MediaExtractor> extractor =
                     MediaExtractor::Create(dataSource); ..... (3.1)

  return setDataSource_l(extractor); ......................... (3.2)
}

(3.1) 解析mUri所指定的档案，并且根据其header来选择对应的extractor

 

sp<MediaExtractor> MediaExtractor::Create(const sp<DataSource> &source, ...)
{
  source->sniff(&tmp, ...);
  mime = tmp.string();

  if (!strcasecmp(mime, MEDIA_MIMETYPE_CONTAINER_MPEG4)
  {
    return new MPEG4Extractor(source);
  }
  else if (!strcasecmp(mime, MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_MPEG))
  {
    return new MP3Extractor(source);
  }
  else if (!strcasecmp(mime, MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_AMR_NB)
  {
    return new AMRExtractor(source);
  }
}

(3.2) 使用extractor对档案做A/V的分离 (mVideoTrack/mAudioTrack)

 

status_t AwesomePlayer::setDataSource_l(const sp<MediaExtractor> &extractor)
{
  for (size_t i = 0; i < extractor->countTracks(); ++i)
  {
    sp<MetaData> meta = extractor->getTrackMetaData(i);

    CHECK(meta->findCString(kKeyMIMEType, &mime));

    if (!haveVideo && !strncasecmp(mime, "video/", 6))
    {
      setVideoSource(extractor->getTrack(i));
      haveVideo = true;
    }
    else if (!haveAudio && !strncasecmp(mime, "audio/", 6))
    {
      setAudioSource(extractor->getTrack(i));
      haveAudio = true;
    }
  }
}

void AwesomePlayer::setVideoSource(sp<MediaSource> source)
{
  mVideoTrack = source;
}

(3.3) 根据mVideoTrack中的编码类型来选择video decoder (mVideoSource)

 

status_t AwesomePlayer::initVideoDecoder()
{
  mVideoSource = OMXCodec::Create(mClient.interface(),
                                  mVideoTrack->getFormat(),
                                  false,
                                  mVideoTrack);
}

(4)

status_t AwesomePlayer::play()
{
  return play_l();
}

status_t AwesomePlayer::play_l()
{
  postVideoEvent_l();
}

void AwesomePlayer::postVideoEvent_l(int64_t delayUs)
{
  mQueue.postEventWithDelay(mVideoEvent, delayUs);
}

void AwesomePlayer::onVideoEvent()
{
  mVideoSource->read(&mVideoBuffer, &options);
  [Check Timestamp]
  mVideoRenderer->render(mVideoBuffer);

  postVideoEvent_l();
}

(注1) 从Android2.3 (Gingerbread) 开始，预设的多媒体框架为 Stagefright。
(注2) Stagefright的架构尚不断在演进中，本系列文章并未含括所有的模组。
(注3) Audio的播放是交由 AudioPlayer 来处理，请参考《Stagefright (6) - Audio Playback的流程》。

 

将mVideoEvent放入mQueue中，开始解码播放，并交由mVideoRenderer来画出

 

stagefright框架（二）- 和OpenMAX的运作
 

 

 

Stagefright的编解码功能是利用OpenMAX框架，而且用的还是OpenCORE之OMX的实作，我们来看一下Stagefright和OMX是如何运作的。

(1) OMX_Init

OMXClient mClient;

AwesomePlayer::AwesomePlayer()
{
  mClient.connect();
}

status_t OMXClient::connect()
{
  mOMX = service->getOMX();
}

sp<IOMX> MediaPlayerService::getOMX()
{
  mOMX = new OMX;
}

OMX::OMX() : mMaster(new OMXMaster)

OMXMaster::OMXMaster()
{
  addPlugin(new OMXPVCodecsPlugin);
}

OMXPVCodecsPlugin::OMXPVCodecsPlugin()
{
  OMX_MasterInit();
}

OMX_ERRORTYPE OMX_MasterInit() <-- under OpenCORE
{
  return OMX_Init();
}

(2) OMX_SendCommand

OMXCodec::function_name()
{
  mOMX->sendCommand(mNode, OMX_CommandStateSet, OMX_StateIdle);
}
status_t OMX::sendCommand(node, cmd, param)
{
  return findInstance(node)->sendCommand(cmd, param);
}
status_t OMXNodeInstance::sendCommand(cmd, param)
{
  OMX_SendCommand(mHandle, cmd, param, NULL);
}

 

(3) 其他作用在 OMX 元件的指令

其他作用在OMX元件的指令也和OMX_SendCommand的call path一样，请见下表：

OMXCodec

OMX

OMXNodeInstance

 

useBuffer

useBuffer (OMX_UseBuffer)

 

getParameter

getParameter (OMX_GetParameter)

 

fillBuffer

fillBuffer (OMX_FillThisBuffer)

 

emptyBuffer

emptyBuffer (OMX_EmptyThisBuffer)

 

 (4) Callback Functions

OMX_CALLBACKTYPE OMXNodeInstance::kCallbacks =
{
  &OnEvent, <--------------- omx_message::EVENT
  &OnEmptyBufferDone, <----- omx_message::EMPTY_BUFFER_DONE
  &OnFillBufferDone <------- omx_message::FILL_BUFFER_DONE
}

 

 

stagefright框架（三）-选择Video Decoder
 

在《Stagefright (1) – Video Playback的流程》中，我们并没有详述Stagefright是如何根据影片档的类型来选择适合的video decoder，现在，就让我们来看一看。

(1) Video decoder是在onPrepareAsyncEvent中的initVideoDecoder被决定的

OMXCodec::Create()会回传video decoder给mVideoSource。

status_t AwesomePlayer::initVideoDecoder()
{
  mVideoSource = OMXCodec::Create(mClient.interface(),
                                  mVideoTrack->getFormat(),
                                  false,
                                  mVideoTrack);
}

sp<MediaSource> OMXCodec::Create(&omx, &meta, createEncoder, &source, matchComponentName)
{
  meta->findCString(kKeyMIMEType, &mime);

  findMatchingCodecs(mime, ..., &matchingCodecs); ........ (2)

  for (size_t i = 0; i < matchingCodecs.size(); ++i)
  {
    componentName = matchingCodecs[i].string();

    softwareCodec =
        InstantiateSoftwareCodec(componentName, ...); ..... (3)

    if (softwareCodec != NULL) return softwareCodec;
        
    err = omx->allocateNode(componentName, ..., &node); ... (4)

    if (err == OK)
    {
      codec = new OMXCodec(..., componentName, ...); ...... (5)
      return codec;
    }
  }
}

(2) 根据mVideoTrack的MIME从kDecoderInfo挑出合适的components

void OMXCodec::findMatchingCodecs(mime, ..., matchingCodecs)
{
  for (int index = 0;; ++index)
  {
    componentName = GetCodec(
                       kDecoderInfo,
                       sizeof(kDecoderInfo)/sizeof(kDecoderInfo[0]),
                       mime,
                       index);

    matchingCodecs->push(String8(componentName));
  }
}

static const CodecInfo kDecoderInfo[] =
{
  ...
  { MEDIA_MIMETYPE_VIDEO_MPEG4, "OMX.qcom.video.decoder.mpeg4" },
  { MEDIA_MIMETYPE_VIDEO_MPEG4, "OMX.TI.Video.Decoder" },
  { MEDIA_MIMETYPE_VIDEO_MPEG4, "M4vH263Decoder" },
  ...
}

GetCodec会依据mime从kDecoderInfo挑出所有的component name，然后存到matchingCodecs中。

(3) 根据matchingCodecs中component的顺序，我们会先去检查其是否为software decoder

static sp<MediaSource> InstantiateSoftwareCodec(name, ...)
{
  FactoryInfo kFactoryInfo[] =
  {
    ...
    FACTORY_REF(M4vH263Decoder)
    ...
  };

  for (i = 0; i < sizeof(kFactoryInfo)/sizeof(kFactoryInfo[0]); ++i)
  {
    if (!strcmp(name, kFactoryInfo[i].name))
      return (*kFactoryInfo[i].CreateFunc)(source);
  }
}

所有的software decoder都会被列在kFactoryInfo中，我们藉由传进来的name来对应到适合的decoder。

(4) 如果该component不是software decoder，则试著去配置对应的OMX component

status_t OMX::allocateNode(name, ..., node)
{
  mMaster->makeComponentInstance(
                           name,
                           &OMXNodeInstance::kCallbacks,
                           instance,
                           handle);
}

OMX_ERRORTYPE OMXMaster::makeComponentInstance(name, ...)
{
  plugin->makeComponentInstance(name, ...);
}

OMX_ERRORTYPE OMXPVCodecsPlugin::makeComponentInstance(name, ...)
{
  return OMX_MasterGetHandle(..., name, ...);
}

OMX_ERRORTYPE OMX_MasterGetHandle(...)
{
  return OMX_GetHandle(...);
}

(5) 若该component为OMX deocder，则回传；否则继续检查下一个component

 

 

 

stagefright框架（四）-Video Buffer传输流程
 

 

 

这篇文章将介绍Stagefright中是如何和OMX video decoder传递buffer。

(1) OMXCodec会在一开始的时候透过read函式来传送未解码的data给decoder，并且要求decoder将解码后的data传回来

status_t OMXCodec::read(...)
{
  if (mInitialBufferSubmit)
  {
    mInitialBufferSubmit = false;

    drainInputBuffers(); <----- OMX_EmptyThisBuffer
    fillOutputBuffers(); <----- OMX_FillThisBuffer
  }

  ...
}

void OMXCodec::drainInputBuffers()
{
  Vector<BufferInfo> *buffers = &mPortBuffers[kPortIndexInput];

  for (i = 0; i < buffers->size(); ++i)
  {
    drainInputBuffer(&buffers->editItemAt(i));
  }
}

void OMXCodec::drainInputBuffer(BufferInfo *info)
{
  mOMX->emptyBuffer(...);
}

void OMXCodec::fillOutputBuffers()
{
  Vector<BufferInfo> *buffers = &mPortBuffers[kPortIndexOutput];

  for (i = 0; i < buffers->size(); ++i)
  {
    fillOutputBuffer(&buffers->editItemAt(i));
  }
}

void OMXCodec::fillOutputBuffer(BufferInfo *info)
{
  mOMX->fillBuffer(...);
}

(2) Decoder从input port读取资料后，开始进行解码，并且回传EmptyBufferDone通知OMXCodec

void OMXCodec::on_message(const omx_message &msg)
{
  switch (msg.type)
  {
    case omx_message::EMPTY_BUFFER_DONE:
    {
      IOMX::buffer_id buffer = msg.u.extended_buffer_data.buffer;
      drainInputBuffer(&buffers->editItemAt(i));
    }
  }
}

OMXCodec收到EMPTY_BUFFER_DONE之后，继续传送下一个未解码的资料给decoder。

(3) Decoder将解码完的资料送到output port，并回传FillBufferDone通知OMXCodec

void OMXCodec::on_message(const omx_message &msg)
{
  switch (msg.type)
  {
    case omx_message::FILL_BUFFER_DONE:
    {
      IOMX::buffer_id buffer = msg.u.extended_buffer_data.buffer;
      fillOutputBuffer(info);

      mFilledBuffers.push_back(i);
      mBufferFilled.signal();
    }
  }
}

OMXCodec收到FILL_BUFFER_DONE之后，将解码后的资料放入mFilledBuffers，发出mBufferFilled信号，并且要求decoder继续送出资料。

(4) read函式在后段等待mBufferFilled信号。当mFilledBuffers被填入资料后，read函式将其指定给buffer指标，并回传给AwesomePlayer

status_t OMXCodec::read(MediaBuffer **buffer, ...)
{
  ...

  while (mFilledBuffers.empty())
  {
    mBufferFilled.wait(mLock);
  }

  BufferInfo *info = &mPortBuffers[kPortIndexOutput].editItemAt(index);
  info->mMediaBuffer->add_ref();
  *buffer = info->mMediaBuffer;
}

 

 

stagefright框架（五）-Video Rendering
 

 

 

AwesomePlayer::onVideoEvent除了透过OMXCodec::read取得解码后的资料外，还必须将这些资料(mVideoBuffer)传给video renderer，以便画到萤幕上去。

(1) 要将mVideoBuffer中的资料画出来之前，必须先建立mVideoRenderer

void AwesomePlayer::onVideoEvent()
{
  ...

  if (mVideoRenderer == NULL)
  {
    initRenderer_l();
  }

  ...
}

void AwesomePlayer::initRenderer_l()
{
  if (!strncmp("OMX.", component, 4))
  {
    mVideoRenderer = new AwesomeRemoteRenderer(
                           mClient.interface()->createRenderer(
                                                  mISurface,
                                                  component,
                                                  ...)); .......... (2)
  }
  else
  {
    mVideoRenderer = new AwesomeLocalRenderer(
                           ...,
                           component,
                           mISurface); ............................ (3)
  }
}

(2) 如果video decoder是OMX component，则建立一个AwesomeRemoteRenderer作为mVideoRenderer

从上段的程式码(1)来看，AwesomeRemoteRenderer的本质是由OMX::createRenderer所创建的。createRenderer会先建立一个hardware renderer -- SharedVideoRenderer (libstagefrighthw.so)；若失败，则建立software renderer -- SoftwareRenderer (surface)。

sp<IOMXRenderer> OMX::createRenderer(...)
{
  VideoRenderer *impl = NULL;

  libHandle = dlopen("libstagefrighthw.so", RTLD_NOW);

  if (libHandle)
  {
    CreateRendererFunc func = dlsym(libHandle, ...);

    impl = (*func)(...); <----------------- Hardware Renderer
  }

  if (!impl)
  {
    impl = new SoftwareRenderer(...); <---- Software Renderer
  }
}

(3) 如果video decoder是software component，则建立一个AwesomeLocalRenderer作为mVideoRenderer

AwesomeLocalRenderer的constructor会呼叫本身的init函式，其所做的事和OMX::createRenderer一模一样。

void AwesomeLocalRenderer::init(...)
{
  mLibHandle = dlopen("libstagefrighthw.so", RTLD_NOW);

  if (mLibHandle)
  {
    CreateRendererFunc func = dlsym(...);

    mTarget = (*func)(...); <---------------- Hardware Renderer
  }

  if (mTarget == NULL)
  {
    mTarget = new SoftwareRenderer(...); <--- Software Renderer
  }
}

 

(4) mVideoRenderer一经建立就可以开始将解码后的资料传给它

void AwesomePlayer::onVideoEvent()
{
  if (!mVideoBuffer)
  {
    mVideoSource->read(&mVideoBuffer, ...);
  }

  [Check Timestamp]

  if (mVideoRenderer == NULL)
  {
    initRenderer_l();
  }

  mVideoRenderer->render(mVideoBuffer); <----- Render Data
}

 

 

 

stagefright框架（六）-Audio Playback的流程
 

到目前为止，我们都只著重在video处理的部分，对於audio却只字未提。这篇文章将会开始audio处理的流程。

Stagefright中关於audio的部分是交由AudioPlayer来处理，它是在AwesomePlayer::play_l中被建立的。


(1) 当上层应用程式要求播放影音时，AudioPlayer同时被建立出来，并且被启动

status_t AwesomePlayer::play_l()
{
  ...

  mAudioPlayer = new AudioPlayer(mAudioSink, ...);
  mAudioPlayer->start(...);

  ...
}

(2) AudioPlayer在启动的过程中会先去读取第一笔解码后的资料，并且开启audio output

status_t AudioPlayer::start(...)
{
  mSource->read(&mFirstBuffer);

  if (mAudioSink.get() != NULL)
  {
    mAudioSink->open(..., &AudioPlayer::AudioSinkCallback, ...);
    mAudioSink->start();
  }
  else
  {
    mAudioTrack = new AudioTrack(..., &AudioPlayer::AudioCallback, ...);
    mAudioTrack->start();
  }
}

从AudioPlayer::start的程式码来看，AudioPlayer似乎并没有将mFirstBuffer传给audio output。

(3) 开启audio output的同时，AudioPlayer会将callback函式设给它，之后每当callback函式被呼叫，AudioPlayer便去audio decoder读取解码后的资料

size_t AudioPlayer::AudioSinkCallback(audioSink, buffer, size, ...)
{
  return fillBuffer(buffer, size);
}
void AudioPlayer::AudioCallback(..., info)
{
  buffer = info;
  fillBuffer(buffer->raw, buffer->size);
}
size_t AudioPlayer::fillBuffer(data, size)
{
  mSource->read(&mInputBuffer, ...);
  memcpy(data, mInputBuffer->data(), ...);
}

解码后audio资料的读取就是由callback函式所驱动，但是callback函式又是怎麼由audio output去驱动的，目前从程式码上还看不出来。另外一方面，从上面的程式片段可以看出，fillBuffer将资料(mInputBuffer)复制到data之后，audio output应该会去取用data。


(5) 至於audio decoder的工作流程则和video decoder相同，可参阅《Stagefright (4) - Video Buffer传输流程》

 

 

stagefright框架（七）-Audio和Video的同步
 

讲完了audio和video的处理流程，接下来要看的是audio和video同步化(synchronization)的问题。OpenCORE的做法是设置一个主clock，而audio和video就分别以此作为输出的依据。而在Stagefright中，audio的输出是透过callback函式来驱动，video则根据audio的timestamp来做同步。以下是详细的说明：

(1) 当callback函式驱动AudioPlayer读取解码后的资料时，AudioPlayer会取得两个时间戳 -- mPositionTimeMediaUs和mPositionTimeRealUs

size_t AudioPlayer::fillBuffer(data, size)
{
  ...

  mSource->read(&mInputBuffer, ...);

  mInputBuffer->meta_data()->findInt64(kKeyTime, &mPositionTimeMediaUs);
  mPositionTimeRealUs = ((mNumFramesPlayed + size_done / mFrameSize) * 1000000) / mSampleRate;

  ...
}

mPositionTimeMediaUs是资料里面所载明的时间戳(timestamp)；mPositionTimeRealUs则是播放此资料的实际时间(依据frame number及sample rate得出)。

(2) Stagefright中的video便依据从AudioPlayer得出来之两个时间戳的差值，作为播放的依据

void AwesomePlayer::onVideoEvent()
{
  ...

  mVideoSource->read(&mVideoBuffer, ...);
  mVideoBuffer->meta_data()->findInt64(kKeyTime, &timeUs);

  mAudioPlayer->getMediaTimeMapping(&realTimeUs, &mediaTimeUs);
  mTimeSourceDeltaUs = realTimeUs - mediaTimeUs;

  nowUs = ts->getRealTimeUs() - mTimeSourceDeltaUs;
  latenessUs = nowUs - timeUs;

  ...
}

AwesomePlayer从AudioPlayer取得realTimeUs(即mPositionTimeRealUs)和mediaTimeUs(即mPositionTimeMediaUs)，并算出其差值mTimeSourceDeltaUs。

(3) 最后我们将该video资料做排程

void AwesomePlayer::onVideoEvent()
{
  ...
  if (latenessUs > 40000)
  {
    mVideoBuffer->release();
    mVideoBuffer = NULL;

    postVideoEvent_l();
    return;
  }
  if (latenessUs < -10000)
  {
    postVideoEvent_l(10000);
    return;
  }

  mVideoRenderer->render(mVideoBuffer);

  ...
}