Android源码分析：StageFright多媒体框架

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StageFright in Android2.3.4

在函数sp MediaPlayerService::Client::createPlayer(player_type playerType)中会去创建某个类型的player，StagefrightPlayer就是其中选项之一。

 

StagefrightPlayer是一个wrapper，它使用AwesomePlayer进行实际的操作。

在进行播放操作时，AwesomePlayer::play_l()中创建AudioPlayer音频播放器。

 

AwesomeEvent：该类的功能就是利用其fire成员函数完成在某一个时刻去调用AwesomePlayer的一个成员函数。

 

事件驱动机制

Alooper （见目录frameworks/base/media/libstagefright/foundation/下），它是一个looper循环，在start后它启动一个线程不断去检查mEventQueue队列上是否有event事件以及是否达到执行时间：若有，则调用：

gLooperRoster.deliverMessage(event.mMessage);

分发事件消息，从而最终调用：

handler->onMessageReceived(msg);

去处理消息。可以通过：

void ALooper::post(const sp &msg, int64_t delayUs)

向队列mEventQueue上添加消息并唤醒等待的线程去执行上述检查。

 

event中包含消息，该消息由Amessage表示。

消息处理是AHandler子类完成的，子类实现其纯虚函数onMessageReceived用于处理队列上的某个时刻的Amessage消息。

 

ESDS ?

 

SourceExtractor/Writer

 

MediaSource容器格式，子类包括：

AudioSource依赖于AudioRecord

CameraSource使用C++实现的native Camera，与CameraService交互，用于录像

ThreadedSource依赖于MediaSource

JPEGSource 依赖于DataSource

ShoutcastSource 依赖于HTTPStream

SineSource sin(x)运算得到的数据

 

DataSource的子类包括：

FileSource：文件源，用于读取来自文件的多媒体数据

ThrottledSource 用于对DataSource进行带宽限制

NuHTTPDataSource

NuCachedSource2依赖于 DataSource

OggSource

WAVSource

FMRadioDataSource

 

 

 

Extractor用于分离多媒体数据流中的音频和视频数据，其基类是MediaExtractor，目前Android系统中的子类包括：

AMRExtractor

OggExtractor

PCMExtractor

WAVExtractor

MatroskaExtractor

 

Writer子类用于将数据输出，最常见的输出是输出到文件中。基类是MediaWriter，Android提供的子类包括：

AMRWriter

MPEG4Writer

MPEG2TSWriter

 

播放流程：

在Java API中，当调用完MediaPlayer的setDataSource和prepare函数后，就可以再调用play进行播放了。这三个API最终会调用到StagefrightPlayer/AwesomePlayer同名函数。

setDataSource

setDataSource比较简单，其作用就是指定播放数据源。数据源可以来自SDCARD上的文件，也可以来自RTSP或HTTPLIVE服务器上的流。

 

其最终调用是将上层传递来的参数转化为DataSource，再由DataSource得到MediaExtractor（见行344）：

 

再根据MediaExtractor获得Track的MetaData（行385），再由MetaData得到mime（行388）信息，然后判断是否有音频数据和视频数据（行390、393），从而指定source: setVideoSource/setAudioSource（见行391、394），为video和audio播放做准备。代码截图如下：

 

 

Prepare

prepare函数是进行播放前的准备。在AwesomePlayer中的调用顺序如下：

AwesomePlayer::prepare() ->

AwesomePlayer::prepare_l()->

AwesomePlayer::prepareAsync_l() ->

AwesomePlayer::onPrepareAsyncEvent()

 

其中prepareAsync_l() 会创建一个Event并送到队列上去，然后立即返回到prepare_l()，而prepare_l()则在一个锁上等待，待真正的prepare执行完后被唤醒返回。通过发送event的方式实现了异步调用，Event的处理函数是onPrepareAsyncEvent()。函数prepareAsync_l()的代码截图如下，创建event并发送到队列见行1490~1493

 

 

在onPrepareAsyncEvent()中完成三个最重要的任务就是：调用finishSetDataSource_l完成对setDataSource后的后续处理工作(见行1752)、初始化Audio和Video的Decoder（见行1761和行1770）。

 

finishSetDataSource_l主要是根据不同的源uri字符串创建不同的源。它判断的几种字符串是“http://”、“httplive://”、 “rtsp://gtalk/”和“rtsp://”，然后根据它们创建不同的数据源实例。Audio和Video初始化主要是根据上面第一步调用setDataSource后，得到的mVideoTrack和mAudioTrack作为source传递给OMXCodec，让OMX解码后的数据又作为AudioPlayer的源和Video的源。Video播放是通过不断发送mVideoEvent方式的让lopper循环不断去读取解码后的video数据，然后送往VideoRenderer进行渲染输出，参见后面详述的onVideoEvent和VideoRenderer介绍。

 

当完成解码器的初始化后，跟据源情况开始缓冲（行1779）或告诉prepare完成（行1781），唤醒在锁上等待的prepare_l()函数。

 

 

postBufferingEvent_l用于发送event：mBufferingEventPending，该event的处理函数是onBufferingUpdate，它用于向UI通知缓冲进度。

 

Play

在play_l中，首先检查在initAudioDecoder中OMXCodec返回的mAudioSource是否具备，在其不为空(行785) 的情况下去创建AudioPlayer：若AudioPlayer已创建则直接resume（行818），否则再检查AudioSink是否提供（行787），然后去创建AudioPlayer（行788），并调用start（行793）开始工作，若出错则需销毁已创建的AudioPlayer（行797）。

 

接着一个主要的动作就是发送mVideoEvent（见行828）开始video的播放：

 

mVideoEvent的处理函数是onVideoEvent。在onVideoEvent中，它会从OMX中已经解码过的Video数据源中读取数据放入到mVideoBuffer缓冲区，然后根据时间差，要么调用mVideoRenderer的render直接渲染缓冲区，如果过早则等待下一个片刻去渲染，如果过晚则丢弃该缓冲区中的视频桢。

下面的截图代码主要功能是完成读取解码后的Video数据。见行1233，从OMXCodec中读取解码后的Video数据到缓冲区mVideoBuffer中。

 

接着会获取该视频数据的播放时间戳，见下图行1283

 

并以第一桢到达的系统时间与视频时间戳的差值（见行1305），供后面播放视频桢参考使用。若视频数据到达时间较晚，大于40ms，则丢弃该视频数据，见行1329~1334；若提前10ms到达，则退出等待下一次onVideoEvent再进行处理。

 

 

当满足条件继续往下执行时，则判断mVideoRenderer是否已经初始化；若没有，则调用initRenderer_l进行初始化（见行1350）；接着，则使用mVideoRenderer进行视频桢的渲染输出（见行1362）；最后，则是释放上一次的缓冲区mLastVideoBuffer，本次的缓冲区被视作上一次的缓冲区，接着发送event（行1372）进行下一次读取视频数据并播放循环。

 

 

当播放完毕或出错时，会导致mStreamDoneEvent的发送，从而onStreamDone被调用。onStreamDone会通知上层播放结束，若标志设置为loop，则跳到初始位置重新循环播放；若有视频源，则还要调用postVideoEvent_l()开启视频播放。

VideoRenderer

Android为Stagefright定义了一个android::VideoRenderer（参见头文件frameworks/base/include/media/stagefright/VideoRenderer.h），作为一个抽象类，它定义了一个统一的Video渲染输出接口即它的render成员函数。各硬件平台厂家需继承该类，提供一个子类去实现针对自己平台的render函数，然后这些平台厂家的VideoRenderer代码放置在libstagefrighthw.so库中，由AwesomeLocalRenderer加载。如Qualcomm和TI的实现在下面这些文件中：

hardware/qcom/media/libstagefrighthw/stagefright_surface_output_msm7x30.cpp

hardware/msm7k/libstagefrighthw/stagefright_surface_output_msm72xx.cpp

hardware/ti/omap3/libstagefrighthw/stagefright_overlay_output.cpp

其它平台厂家如ST-Ericsson的实现则放在：

v

BINDER

endor/st-ericsson/hardware/libstagefrighthw/STEVideoRenderer.cpp

 

 

MediaPlayer

MediaServer

 

 

 

 

Libstagefright.so

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在AwesomePlayer中，针对不同情况，对平台厂家的VideoRenderer有两种不同的使用方法。Stagefright已经将它们封装为两个不同的类：AwesomeLocalRenderer和AwesomeRemoteRenderer。在AwesomePlayer::initRenderer_l()中，根据不同的解码组件（Decoder Component）名称(见行968)使用这两个Renderer:

 

当解码组件是以OMX开头时，则使用AwesomeRemoteRenderer，否则使用AwesomeLocalRenderer。解码组建信息来自文件OMXCodec.cpp中的kDecoderInfo[] 中的codec信息（TODO： make sure）。

 

AwesomeLocalRenderer：在其init函数（见下面的截图）中，打开libstagefrighthw.so库，优先解析函数符号：“_Z26createRendererWithRotationRKN7android2spINS_8″，获取创建平台厂家自己的VideoRenderer子类的具有支持旋转功能的函数符号，若成功，则调用该函数创建一个VideoRenderer子类对象，供AwesomeLocalRenderer使用。若未成功，则解析“_Z14createRendererRKN7android2spINS_8ISurfaceEEEPKc20″去获取不支持旋转功能的函数符号。在上面都未成功的情况下，则创建一个SoftwareRenderer供AwesomeLocalRenderer使用。

init函数代码截图如下：

 

 

 

AwesomeRemoteRenderer：它与本地Rednerer一样，只不过是多了一层：它要通过Binder与远端进行交互。具体是：通过IOMXRenderer中定义的render接口，从而调用MediaServer侧的OMXRenderer::render(IOMX::buffer_id buffer) （参见OMX.cpp），亦即通过Binder与对侧的OMXRenderer进行交互。OMXRenderer实际与各平台厂家的使用的是VideoRenderer，后者是在OMX::createRenderer中打开libstagefrighthw.so库，解析出函数符号后进行创建所得的，与同上面AwesomeLocalRenderer的init函数。

 

AudioPlayer

AudioPlayer用于播放音频，由AwesomePlayer使用。AudioPlayer将已经解码的音频数据（PCM格式）送往Android中的AudioFlinger，实现声音播放功能。其数据流图如下：

 

 

 

其中Source往往来自于OMXCodec::Create返回的已经解码的PCM MediaSource。编码的音频数据在使用OpenOMX解码后输出时，在stagefright中同样被视作一个source，因此它可以被指定为AudioPlayer的MediaSource。

AudioPlayer中有两个比较重要的函数，第一个就是start函数，第二个是回调函数所使用的fillBuffer函数。

start函数检查上层调用者是否给指定了mAudioSink，若开发者指定了自己的AudioSink（MediaPlayerBase的嵌套类，如在MediaPlayerService这有个嵌套类AudioOutput和AudioCache是其子类），则使用它进行输出（见行112）；否则，则创建一个Android中的AudioTrack的实例作为AudioSink输出（见行134）。

 

在打开mAudioSink时，指定了回调函数AudioPlayer::AudioSinkCallback。在创建AudioTrack时，指定了回调函数AudioCallback。二者最终均调用的是fillBuffer。

AudioTrack将要调用的回调函数是：

 

它只处理EVENT_MORE_DATA（见273），其它Event直接返回。

 

 

在AudioTrack中的processAudioBuffer函数中，当需要上游的数据进行处理时，它就使用EVENT_MORE_DATA（见行1022）调用回调函数，让AudioPlayer将数据填充到其缓冲区中。processAudioBuffer函数代码片段如下：

 

其中mCbf就是回调函数，它是一个指向AudioPlaye中的静态函数：

AudioCallback(int event, void *user, void *info) 的函数指针。

在AudioTrack中，当指定了回调函数时，会创建一个AudioTrackThread线程，该线程将不断地执行processAudioBuffer，调用回调函数处理各种event事件，上述的EVENT_MORE_DATA即是其中之一。

 

在AudioPlayer的fillBuffer中，它会调用mSource的read将解码出的数据读到缓冲区mInputBuffer中，后又将其copy到AudioTrack提供的缓冲区中。

OMX

OMXClient

用于获取从MediaPlayerService中获取IOMX（见行38），见connect函数代码（行31~42）：

 

而MediaPlayerService（文件MediaPlayerService.cpp）中的实现如下（行291）：

 

 

 

OMX

OMX类（参见代码frameworks/base/media/libstagefright/omx/omx.cpp）继承自BnOMX，运行在mediaplayer进程中，执行对侧来自IOMX的调用请求。OMX类根据node_id查找到对应的OMXNodeInstance，将调用请求转到OMXNodeInstance，后者将调用OpenMAX IL接口，参见：

frameworks/base/media/libstagefright/omx/OMXNodeInstance.cpp。

Android的代码目录frameworks/base/include/media/stagefright/openmax下面给出了OpenMAX IL的头文件，诸如OMX_Core.h。在OMX_Core.h中声明了OMX_Init/OMX_Deinit/OMX_GetHandle/OMX_UseBuffer等函数或宏，它们是OpenMAX IL 接口API的一部分。在OMXNodeInstance.cpp中就调用到OpenMAX IL部分接口函数。各个平台厂家可以遵循OpenMAX IL规范给出自己的OpenMAX IL实现，比如TI在下面的文件中：

hardware/ti/omap3/omx/system/src/openmax_il/omx_core/src/OMX_Core.c

给出了其部分API实现。而ST-Ericsson的部分API实现位于：

vendor/st-ericsson/multimedia/linux/bellagio_omxcore/libomxil-bellagio/src/omxcore.c

 

A/V同步

在libstagefright中定义了时钟源TimeSource这个类，其成员函数getRealTimeUs用于返回自播放开始的时长。SystemTimeSource直接是来自系统时间，getRealTimeUs返回值就是调用时刻系统时钟与创建SystemTimeSource实例时系统时钟的差值。

AudioPlayer也继承自TimeSource，因此也是一个时钟源。它的播放时钟依赖于来自于已播放的桢数除以采样率，然后再减去延迟，延迟往往由AudioSink（或AudioTrack）提供。视频播放会依赖AudioPlayer的时钟。当从meta中得到视频桢时间戳信息时，然后以时钟源作为基准进行同步，当晚于40ms时则丢弃，当早于10ms则等待。

 

 

 

StagefrightRecorder

 

Android对Recorder使用，统一使用MediaRecorderClient，由它作为Recorder的代表。在MediaRecorderClient中，将使用不同的多媒体框架的Recorder，比如OpenCore的PVMediaRecoder或StagefrightRecorder。在MediaPlayerService的createMediaRecorder函数中，它创建一个MediaRecorderClient的实例，后者的构造函数将根据设置选择创建一个Recorder（比如StagefrightRecorder）。

在StagefrightRecorder中，比较重要的是start函数，它是recording的起点，是录制各种格式的入口点。它的代码很简单，在Switch分支中，调用不同的Recording函数：

 

 

对于AAC的录制，startAACRecording会给予未实现的提示而返回。现在看一下mpeg4的录制过程，见函数startMPEG4Recording：

它最先是创建audioEncoder和videoEncoder，并将它们指定为writer的source；接着为该输出的文件格式容器添加meta数据；在指定listener后，就可以调用writer的start进行录制了。创建audioEncoder和videoEncoder的函数如下：

setupAudioEncoder：用于创建audioEncoder，并将其指定为writer的源。目前Android中只支持AMR（包括窄带NB和宽带WB）和AAC（实际上AAC录音未实现）两种格式。

 

 

createAudioSource：创建音频源，主要做下面3部分工作：它首先创建一个AudioSource对象；接着为其指定meta数据，诸如MIME类型、声道、Bitrate和Timescale等；最后，调用OMXCodec::Create返回一个audioEncoder，这个audioEncoder被当作writer的源（在setupAudioEncoder中指定为writer的源）。

 

setupVideoEncoder：类似于音频，它用于创建videoEncoder。它首先创建一个CameraSource的对象作为源，在配置完其meta数据后，使用OMXCodec::Create创建一个videoEncoder。

行1001调用setupCameraSource配置完Camera后，接着在1004创建一个CameraSource的实例；接着配置meta信息。从代码看，目前Android只支持h263、h264和mpeg4的视频编码录制。

 

在下面的行1057处使用OMXCodec创建了一个videoEncoder,并通过修改实参所指区域将其返回给调用者。

 

 

 

 

StagefrightMediaScanner

 

StagefrightMetadataRetriever