Android4.2.2的Stagefright中编解码器数据流的维护
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Android源码版本Version：4.2.2; 硬件平台 全志A31
前沿：
在前面的博文中，基本提到的是stagefright相关的控制流，具体分析了android架构中的MediaExtractor、AwesomePlayer、StagefrightPlayer、OMXCodec等的创建，底层OMXNodinstance实例的创建。分析了OMX最底层插件库、编解码器组件的架构以及如何创建属于我们自己的OMX Plugin。
分析源码架构的另一个关键是数据流的分析，从这里开始，我们将对stagefright中的编解码缓存区进行分析：
1.
回到OMXCodec的创建过程的源码：
status_t AwesomePlayer::initVideoDecoder(uint32_t flags) {
.......
mVideoSource = OMXCodec::Create(
mClient.interface(), mVideoTrack->getFormat(),//提取视频流的格式, mClient:BpOMX；mVideoTrack->getFormat()
false, // createEncoder，不创建编码器false
mVideoTrack,
NULL, flags, USE_SURFACE_ALLOC ? mNativeWindow : NULL);//创建一个解码器mVideoSource
if (mVideoSource != NULL) {
int64_t durationUs;
if (mVideoTrack->getFormat()->findInt64(kKeyDuration, &durationUs)) {
Mutex::Autolock autoLock(mMiscStateLock);
if (mDurationUs < 0 || durationUs > mDurationUs) {
mDurationUs = durationUs;
}
}
status_t err = mVideoSource->start();//启动解码器OMXCodec，完成解码器的init初始化操作
.............
}在Android4.2.2下Stagefright多媒体架构中的A31的OMX插件和Codec组件 博文我们对于OMXCodec::create已经做了详细的分析，这里来关注mVideoSource->start的相关功能，即OMXCodec::start的处理：
status_t OMXCodec::start(MetaData *meta) {
Mutex::Autolock autoLock(mLock);
........
return init();//进行初始化操作
}这里调用init()的过程，将会进行buffer的申请操作，为后续的流操作打下基础：
status_t OMXCodec::init() {
// mLock is held.
.........
err = allocateBuffers();//缓存区的分配
if (err != (status_t)OK) {
return err;
}
if (mQuirks & kRequiresLoadedToIdleAfterAllocation) {
err = mOMX->sendCommand(mNode, OMX_CommandStateSet, OMX_StateIdle);
CHECK_EQ(err, (status_t)OK);
setState(LOADED_TO_IDLE);
}
............
}我们来看allocateBuffers的实现
2.关注allocateBuffersOnPort的实现
status_t OMXCodec::allocateBuffers() {
status_t err = allocateBuffersOnPort(kPortIndexInput);//输入缓存input口分配
if (err != OK) {
return err;
}
return allocateBuffersOnPort(kPortIndexOutput);//输出缓存input口分配
}这里分别将对输入和输出口进行Buffer的申请与分配，对于解码器，需要输入口来存储待解码的数据源，需要将解码后的数据源存储到输出口，而这也符合硬件的实现逻辑。以输入缓存区分配为例展开分析：
status_t OMXCodec::allocateBuffersOnPort(OMX_U32 portIndex) {
.......
OMX_PARAM_PORTDEFINITIONTYPE def;
InitOMXParams(&def);
def.nPortIndex = portIndex;//输入口
err = mOMX->getParameter(
mNode, OMX_IndexParamPortDefinition, &def, sizeof(def));//获取输入口参数到def
..........
err = mOMX->allocateBuffer(
mNode, portIndex, def.nBufferSize, &buffer,
&info.mData);
........
info.mBuffer = buffer;//获取对应的buffer_id，有保存有底层的buffer的相关信息
info.mStatus = OWNED_BY_US;
info.mMem = mem;
info.mMediaBuffer = NULL;
...........
mPortBuffers[portIndex].push(info);//把当前的buffer恢复到mPortBuffers[2]中去
上述过程主要分为：
step1：先是获取底层解码器组件的当前的参数熟悉，一般这些参数都在建立OMX_Codec时完成的初始配置，前一博文中已经提到过。
step2:进行allocateBuffer的处理，这个函数的调用最终交给底层的OMX组件来完成，相关的实现将集成到A31的底层OMX编解码组件的处理流中进行分析。
step3:完成对分配好的buffer信息info，维护在mPortBuffers[0]这个端口中。
上述过程完成了输入与输出的Buffer分配，为后续解码操作buffer打下了基础。
3.mediaplay启动播放器
通过start的API调用，进入MediaplayerService::Client，再依次经过stagefrightplayer，AwesomePlayer。触发play的videoevent的发生.
void AwesomePlayer::postVideoEvent_l(int64_t delayUs) {
ATRACE_CALL();
if (mVideoEventPending) {
return;
}
mVideoEventPending = true;
mQueue.postEventWithDelay(mVideoEvent, delayUs < 0 ? 10000 : delayUs);
}根据前一博文的分析可知，该事件对应的处理函数为AwesomePlayer::onVideoEvent()，该部分代码量较大，提取核心内容read的处理进行分析：
status_t err = mVideoSource->read(&mVideoBuffer, &options);//循环读数据实际的OMX_CODEC::read,读取到mVideoBuffer
read的核心是获取可以用于render的视频数据，这表明了read函数主要完成了从视频源读取元数据，并调用解码器完成解码生成可送显的数据。
4. read函数的实现
可以想象read函数的应该是一个比较复杂的过程，我们从OMX_Codec的read函数入手来分析：
status_t OMXCodec::read(
MediaBuffer **buffer, const ReadOptions *options) {
status_t err = OK;
*buffer = NULL;
Mutex::Autolock autoLock(mLock);
drainInputBuffers();//buffer，填充数据源
if (mState == EXECUTING) {
// Otherwise mState == RECONFIGURING and this code will trigger
// after the output port is reenabled.
fillOutputBuffers();
}
}
...........
}read的核心逻辑总结为drainInputBuffers()和fillOutputBuffers()，我们对其依次进行深入的分析
5. drainInputBuffers()读取待解码的视频数据源到解码器的Inport
这里贴出其较为复杂的处理过程代码，主要分为以下3个部分进行分析：
（1）
bool OMXCodec::drainInputBuffer(BufferInfo *info) { if (mCodecSpecificDataIndex < mCodecSpecificData.size()) {
CHECK(!(mFlags & kUseSecureInputBuffers));
const CodecSpecificData *specific =
mCodecSpecificData[mCodecSpecificDataIndex];
size_t size = specific->mSize;
if (!strcasecmp(MEDIA_MIMETYPE_VIDEO_AVC, mMIME)
&& !(mQuirks & kWantsNALFragments)) {
static const uint8_t kNALStartCode[4] =
{ 0x00, 0x00, 0x00, 0x01 };
CHECK(info->mSize >= specific->mSize + 4);
size += 4;
memcpy(info->mData, kNALStartCode, 4);
memcpy((uint8_t *)info->mData + 4,
specific->mData, specific->mSize);
} else {
CHECK(info->mSize >= specific->mSize);
memcpy(info->mData, specific->mData, specific->mSize);//copy前面的数据字段
}
mNoMoreOutputData = false;
CODEC_LOGV("calling emptyBuffer with codec specific data");
status_t err = mOMX->emptyBuffer(
mNode, info->mBuffer, 0, size,
OMX_BUFFERFLAG_ENDOFFRAME | OMX_BUFFERFLAG_CODECCONFIG,
0);//处理buffer
CHECK_EQ(err, (status_t)OK);
info->mStatus = OWNED_BY_COMPONENT;
++mCodecSpecificDataIndex;
return true;
}...............(1)
这部分的内容主要是提取一部分解码器字段，填充到info->mData的存储空间中去。这部分主要基于视频源的格式，如mp4等在创建OXMCodec病configureCodec时就完成了这个mCodecSpecificData字段的添加，应该些解码需要的特殊字段吧。是否需要要看其视频源的格式。获取完这个字段信息后就是正式读取视频源的数据了。
(2)
for (;;) {
MediaBuffer *srcBuffer;
if (mSeekTimeUs >= 0) {
if (mLeftOverBuffer) {
mLeftOverBuffer->release();
mLeftOverBuffer = NULL;
}
MediaSource::ReadOptions options;
options.setSeekTo(mSeekTimeUs, mSeekMode);
mSeekTimeUs = -1;
mSeekMode = ReadOptions::SEEK_CLOSEST_SYNC;
mBufferFilled.signal();
err = mSource->read(&srcBuffer, &options);//读取视频源中的真实数据这里是MPEG4Source的read
if (err == OK) {
int64_t targetTimeUs;
if (srcBuffer->meta_data()->findInt64(
kKeyTargetTime, &targetTimeUs)
&& targetTimeUs >= 0) {
CODEC_LOGV("targetTimeUs = %lld us", targetTimeUs);
mTargetTimeUs = targetTimeUs;
} else {
mTargetTimeUs = -1;
}
}
} else if (mLeftOverBuffer) {
srcBuffer = mLeftOverBuffer;
mLeftOverBuffer = NULL;
err = OK;
} else {
err = mSource->read(&srcBuffer);
}
if (err != OK) {
signalEOS = true;
mFinalStatus = err;
mSignalledEOS = true;
mBufferFilled.signal();
break;
}
if (mFlags & kUseSecureInputBuffers) {
info = findInputBufferByDataPointer(srcBuffer->data());
CHECK(info != NULL);
}
size_t remainingBytes = info->mSize - offset;//buffer中剩余的可以存储视频数据的空间
if (srcBuffer->range_length() > remainingBytes) {//当前读取的数据已经达到解码的数据量
if (offset == 0) {
CODEC_LOGE(
"Codec‘s input buffers are too small to accomodate "
"buffer read from source (info->mSize = %d, srcLength = %d)",
info->mSize, srcBuffer->range_length());
srcBuffer->release();
srcBuffer = NULL;
setState(ERROR);
return false;
}
mLeftOverBuffer = srcBuffer;//把没读取的buffer记录下来
break;
}
bool releaseBuffer = true;
if (mFlags & kStoreMetaDataInVideoBuffers) {
releaseBuffer = false;
info->mMediaBuffer = srcBuffer;
}
if (mFlags & kUseSecureInputBuffers) {
// Data in "info" is already provided at this time.
releaseBuffer = false;
CHECK(info->mMediaBuffer == NULL);
info->mMediaBuffer = srcBuffer;
} else {
CHECK(srcBuffer->data() != NULL) ;
memcpy((uint8_t *)info->mData + offset,
(const uint8_t *)srcBuffer->data()
+ srcBuffer->range_offset(),
srcBuffer->range_length());//copy数据源数据到输入缓存,数据容量srcBuffer->range_length()
}
int64_t lastBufferTimeUs;
CHECK(srcBuffer->meta_data()->findInt64(kKeyTime, &lastBufferTimeUs));
CHECK(lastBufferTimeUs >= 0);
if (mIsEncoder && mIsVideo) {
mDecodingTimeList.push_back(lastBufferTimeUs);
}
if (offset == 0) {
timestampUs = lastBufferTimeUs;
}
offset += srcBuffer->range_length();//增加偏移量
if (!strcasecmp(MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_VORBIS, mMIME)) {
CHECK(!(mQuirks & kSupportsMultipleFramesPerInputBuffer));
CHECK_GE(info->mSize, offset + sizeof(int32_t));
int32_t numPageSamples;
if (!srcBuffer->meta_data()->findInt32(
kKeyValidSamples, &numPageSamples)) {
numPageSamples = -1;
}
memcpy((uint8_t *)info->mData + offset,
&numPageSamples,
sizeof(numPageSamples));
offset += sizeof(numPageSamples);
}
if (releaseBuffer) {
srcBuffer->release();
srcBuffer = NULL;
}
++n;
if (!(mQuirks & kSupportsMultipleFramesPerInputBuffer)) {
break;
}
int64_t coalescedDurationUs = lastBufferTimeUs - timestampUs;
if (coalescedDurationUs > 250000ll) {
// Don‘t coalesce more than 250ms worth of encoded data at once.
break;
}
}...........该部分是提取视频源数据的关键，主要通过 err = mSource->read(&srcBuffer, &options)来完成，mSource是在创建编解码器传入的，实际是一个对应于视频源格式的一个解析器MediaExtractor。比如在建立MP4的解析器MPEG4Extractor，通过新建一个new MPEG4Source。故最终这里调用的是MPEG4Source的read成员函数，其实际也维护着整个待解码的原始视频流。
我们可以看大在read函数后，会将待解码的数据流以for循环依次读入到底层的buffer空间中，只有当满足当前读取的原始数据片段比底层的input口的buffer剩余空间小srcBuffer->range_length() > remainingBytes，那就可以继续读取，否则直接break后，去进行下一步操作。或者如果一次待解码的数据时张是大于250ms也直接跳出。
这处理体现了处理的高效性。最终视频原始数据存储在info->mData的底层输入空间中。
(3)
err = mOMX->emptyBuffer(
mNode, info->mBuffer, 0, offset,
flags, timestampUs);触发底层的解码器组件进行处理。这部分留在后续对A31的底层编解码API操作时进行分析。
6.fillOutputBuffers对输出buffer口的填充，即实现解码过程：
void OMXCodec::fillOutputBuffers() {
CHECK_EQ((int)mState, (int)EXECUTING);
...........
Vector<BufferInfo> *buffers = &mPortBuffers[kPortIndexOutput];输出端口
for (size_t i = 0; i < buffers->size(); ++i) {
BufferInfo *info = &buffers->editItemAt(i);
if (info->mStatus == OWNED_BY_US) {
fillOutputBuffer(&buffers->editItemAt(i));
}
}
}void OMXCodec::fillOutputBuffer(BufferInfo *info) {
CHECK_EQ((int)info->mStatus, (int)OWNED_BY_US);
if (mNoMoreOutputData) {
CODEC_LOGV("There is no more output data available, not "
"calling fillOutputBuffer");
return;
}
CODEC_LOGV("Calling fillBuffer on buffer %p", info->mBuffer);
status_t err = mOMX->fillBuffer(mNode, info->mBuffer);
if (err != OK) {
CODEC_LOGE("fillBuffer failed w/ error 0x%08x", err);
setState(ERROR);
return;
}
info->mStatus = OWNED_BY_COMPONENT;
}
从上面的代码看来，fillOutputBuffer的实现比drainInputBuffers简单了很多。但相同的是，两者最终都讲控制权交给底层的解码器来完成。
7.等待解码数据被fill到outbuffer中，OMXCodecObserver完成回调处理
等待解码完成的这部分内容在read函数中通过以下函数来实现：
while (mState != ERROR && !mNoMoreOutputData && mFilledBuffers.empty()) {
if ((err = waitForBufferFilled_l()) != OK) {//进入等待buffer被填充
return err;
}
}上述表明，只要mFilledBuffers为空则进入等待填充pthread_cond_timedwait。而这个线程被唤醒是通过底层的组件回调来完成的，回调函数的注册哎底层编解码器Node完成的，实际最终的回调是交给OMXCodecObserver来完成的：
struct OMXCodecObserver : public BnOMXObserver {
OMXCodecObserver() {
}
void setCodec(const sp<OMXCodec> &target) {
mTarget = target;
}
// from IOMXObserver
virtual void onMessage(const omx_message &msg) {
sp<OMXCodec> codec = mTarget.promote();
if (codec.get() != NULL) {
Mutex::Autolock autoLock(codec->mLock);
codec->on_message(msg);//OMX_Codec的on_message处理
codec.clear();
}
}
最终可以看到是由OMX_Codec->on_message来进行消息的处理，这部分的内容主要包括EMPTY_BUFFER_DONE和FILL_BUFFER_DONE两个message处理，对FILL_BUFFER_DONE完成后的消息回调进行分析：
void OMXCodec::on_message(const omx_message &msg) {
if (mState == ERROR) {
/*
* only drop EVENT messages, EBD and FBD are still
* processed for bookkeeping purposes
*/
if (msg.type == omx_message::EVENT) {
ALOGW("Dropping OMX EVENT message - we‘re in ERROR state.");
return;
}
}
switch (msg.type) { case omx_message::FILL_BUFFER_DONE://底层回调callback告知当前 ..............
mFilledBuffers.push_back(i);//当前的输出buffer信息维护在mFilledBuffers
mBufferFilled.signal();//发出信息用于渲染
可以看到这里对read线程进行了唤醒。
8.提取一个可用的解码后的数据帧
size_t index = *mFilledBuffers.begin();
mFilledBuffers.erase(mFilledBuffers.begin());
BufferInfo *info = &mPortBuffers[kPortIndexOutput].editItemAt(index);//从获取解码后的视频源
CHECK_EQ((int)info->mStatus, (int)OWNED_BY_US);
info->mStatus = OWNED_BY_CLIENT;
info->mMediaBuffer->add_ref();//
if (mSkipCutBuffer != NULL) {
mSkipCutBuffer->submit(info->mMediaBuffer);
}
*buffer = info->mMediaBuffer;
获得了线程唤醒后的buffer，从这里获取到输出端口对应的Bufferinfo，作为最终的BufferInfo信息返回给read函数
9
经过5、6、7、8的处理过程，read最终返回可用于显示的mVideoBuffer，接下去就是如何送显的过程了。可以看到下面的代码，将会创建一个渲染器mVideoRenderer来完成这个解码后视频源的显示：
if ((mNativeWindow != NULL) && (mVideoRendererIsPreview || mVideoRenderer == NULL)) {//首次创建渲染器 mVideoRendererIsPreview = false;
initRenderer_l();//初始化渲染器，新建一个AwesomeLocalRenderer }
if (mVideoRenderer != NULL) { mSinceLastDropped++; mVideoRenderer->render(mVideoBuffer);//启动渲染，即显示当前buffer if (!mVideoRenderingStarted) { mVideoRenderingStarted = true; notifyListener_l(MEDIA_INFO, MEDIA_INFO_RENDERING_START); }
}
void AwesomePlayer::initRenderer_l() {
ATRACE_CALL();
if (mNativeWindow == NULL) {
return;
}
sp<MetaData> meta = mVideoSource->getFormat();
int32_t format;
const char *component;
int32_t decodedWidth, decodedHeight;
CHECK(meta->findInt32(kKeyColorFormat, &format));
CHECK(meta->findCString(kKeyDecoderComponent, &component));
CHECK(meta->findInt32(kKeyWidth, &decodedWidth));
CHECK(meta->findInt32(kKeyHeight, &decodedHeight));
int32_t rotationDegrees;
if (!mVideoTrack->getFormat()->findInt32(
kKeyRotation, &rotationDegrees)) {
rotationDegrees = 0;
}
mVideoRenderer.clear();
// Must ensure that mVideoRenderer‘s destructor is actually executed
// before creating a new one.
IPCThreadState::self()->flushCommands();
// Even if set scaling mode fails, we will continue anyway
setVideoScalingMode_l(mVideoScalingMode);
if (USE_SURFACE_ALLOC
&& !strncmp(component, "OMX.", 4)
&& strncmp(component, "OMX.google.", 11)
&& strcmp(component, "OMX.Nvidia.mpeg2v.decode")) {//使用硬件渲染器，除去上述的解码器
// Hardware decoders avoid the CPU color conversion by decoding
// directly to ANativeBuffers, so we must use a renderer that
// just pushes those buffers to the ANativeWindow.
mVideoRenderer =
new AwesomeNativeWindowRenderer(mNativeWindow, rotationDegrees);//一般是使用硬件渲染机制
} else {
// Other decoders are instantiated locally and as a consequence
// allocate their buffers in local address space. This renderer
// then performs a color conversion and copy to get the data
// into the ANativeBuffer.
mVideoRenderer = new AwesomeLocalRenderer(mNativeWindow, meta);
}
}可以看到这里有2个渲染器的创建分支，OMX和OMX.google说明底层的解码器用的是软解码，那么他渲染器也使用所谓的本地渲染器实际是软渲染器。故这里我们使用的是AwesomeNativeWindowRenderer渲染器，其结构如下所述：
struct AwesomeNativeWindowRenderer : public AwesomeRenderer {
AwesomeNativeWindowRenderer(
const sp<ANativeWindow> &nativeWindow,
int32_t rotationDegrees)
: mNativeWindow(nativeWindow) {
applyRotation(rotationDegrees);
}
virtual void render(MediaBuffer *buffer) {
ATRACE_CALL();
int64_t timeUs;
CHECK(buffer->meta_data()->findInt64(kKeyTime, &timeUs));
native_window_set_buffers_timestamp(mNativeWindow.get(), timeUs * 1000);
status_t err = mNativeWindow->queueBuffer(
mNativeWindow.get(), buffer->graphicBuffer().get(), -1);//直接使用queuebuffer进行渲染显示
if (err != 0) {
ALOGE("queueBuffer failed with error %s (%d)", strerror(-err),
-err);
return;
}
sp<MetaData> metaData = buffer->meta_data();
metaData->setInt32(kKeyRendered, 1);
}
不是很复杂，只是实现了AwesomeRenderer渲染接口render。最终调用这个函数来实现对buffer的显示。这里看到很熟悉的queueBuffer，大家可以回看我的博文Android4.2.2 SurfaceFlinger之图形渲染queueBuffer实现和VSYNC的存在感 ，这是通过应用程序的本地窗口mNativeWindow（因为播放器videoview继承了sufaceview,surfaceview类会创建一个本地的surface，其继承了本地窗口类）将当前buffer提交给SurfaceFlinger服务进行显示，具体内容不在展开。
至此我们完成了stagefright下的编解码的数据流的相关操作，程序上复杂主要体现在emptybuffer和fillbuffer为主。当然由于能力有限，在很多细节上也没有进行很详细的分析，也希望大家多交流，多学习。