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 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::Create(const sp &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 &extractor) {   for (size_t i = 0; i < extractor->countTracks(); ++i)   {     sp 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 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 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 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 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 *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 *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 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);   ... }