浅析WebRtc中视频数据的接收和渲染流程

前言

本文基于PineAppRtc开源项目https://github.com/thfhongfeng/PineAppRtc

因为一个需求，我们需要将WebRtc发送过来的视频流中转出去，所以就研究一下WebRtc是如何接收视频数据并进行处理渲染的，于是有了这篇文章。

数据接收

在使用webrtc进行即时通话时，双方连接上后，会根据参数创建一个PeerConnection连接对象，具体代码在PeerConnectionClient类中，这个是需要自己来实现的。这个连接的作用来进行推拉流的。

我们在PeerConnectionClient中可以找到PCObserver，它实现了PeerConnection.Observer这个接口。在它的onAddStream回调中

if (stream.videoTracks.size() == 1) {
    mRemoteVideoTrack = stream.videoTracks.get(0);
    mRemoteVideoTrack.setEnabled(mRenderVideo);
    for (VideoRenderer.Callbacks remoteRender : mRemoteRenders) {
        mRemoteVideoTrack.addRenderer(new VideoRenderer(remoteRender));
    }
}

可以看到为remoteVideoTrack添加了VideoRenderer，这个VideoRenderer就是处理接受到的视频数据的

VideoRenderer的构造函数中传入的是VideoRenderer.Callbacks，它是一个接口，我们以其中一个实现SurfaceViewRenderer为例，它的回调函数renderFrame代码如下

public void renderFrame(I420Frame frame) {
    this.updateFrameDimensionsAndReportEvents(frame);
    this.eglRenderer.renderFrame(frame);
}

这个I420Frame就是封装后的接收到的视频数据。

绘制

在renderFrame中执行了eglRenderer.renderFrame开始进行绘制

public void renderFrame(I420Frame frame) {
    ...
    synchronized(this.handlerLock) {
        ...
        synchronized(this.frameLock) {
            ...
            this.pendingFrame = frame;
            this.renderThreadHandler.post(this.renderFrameRunnable);
        }
    }
    ...
}

将frame赋值给pendingFrame，然后post一个runnable，这个runnable代码如下

private final Runnable renderFrameRunnable = new Runnable() {
        public void run() {
            EglRenderer.this.renderFrameOnRenderThread();
        }
    };

可以看到执行了renderFrameOnRenderThread函数：

private void renderFrameOnRenderThread() {
        Object var2 = this.frameLock;
        I420Frame frame;
        synchronized(this.frameLock) {
            ...
            frame = this.pendingFrame;
            this.pendingFrame = null;
        }

        if (this.eglBase != null && this.eglBase.hasSurface()) {
            ...
            int[] yuvTextures = shouldUploadYuvTextures ? this.yuvUploader.uploadYuvData(frame.width, frame.height, frame.yuvStrides, frame.yuvPlanes) : null;
            if (shouldRenderFrame) {
                GLES20.glClearColor(0.0F, 0.0F, 0.0F, 0.0F);
                GLES20.glClear(16384);
                if (frame.yuvFrame) {
                    this.drawer.drawYuv(yuvTextures, drawMatrix, drawnFrameWidth, drawnFrameHeight, 0, 0, this.eglBase.surfaceWidth(), this.eglBase.surfaceHeight());
                } else {
                    this.drawer.drawOes(frame.textureId, drawMatrix, drawnFrameWidth, drawnFrameHeight, 0, 0, this.eglBase.surfaceWidth(), this.eglBase.surfaceHeight());
                }
                ...
            }

            this.notifyCallbacks(frame, yuvTextures, texMatrix, shouldRenderFrame);
            VideoRenderer.renderFrameDone(frame);
        } else {
            this.logD("Dropping frame - No surface");
            VideoRenderer.renderFrameDone(frame);
        }
    }

将I420Frame加载成int[]，然后通过drawer的对应的drawXxx函数进行绘制.

拦截处理

所以我们如果要自己处理接收的数据，就需要自行实现一个VideoRenderer.Callbacks，将其封装到VideoRenderer中并add到mRemoteVideoTrack上。

那么还有一个问题，I420Frame如何转成原生数据呢？

我发现VideoRenderer.Callbacks的另外一个实现VideoFileRenderer。如果要写入文件，一定会以原生数据的形式写入的，它的部分代码

public void renderFrame(final I420Frame frame) {
    this.renderThreadHandler.post(new Runnable() {
        public void run() {
            VideoFileRenderer.this.renderFrameOnRenderThread(frame);
        }
    });
}

private void renderFrameOnRenderThread(I420Frame frame) {
    float frameAspectRatio = (float)frame.rotatedWidth() / (float)frame.rotatedHeight();
    float[] rotatedSamplingMatrix = RendererCommon.rotateTextureMatrix(frame.samplingMatrix, (float)frame.rotationDegree);
    float[] layoutMatrix = RendererCommon.getLayoutMatrix(false, frameAspectRatio, (float)this.outputFileWidth / (float)this.outputFileHeight);
    float[] texMatrix = RendererCommon.multiplyMatrices(rotatedSamplingMatrix, layoutMatrix);

    try {
        ByteBuffer buffer = nativeCreateNativeByteBuffer(this.outputFrameSize);
        if (frame.yuvFrame) {
            nativeI420Scale(frame.yuvPlanes[0], frame.yuvStrides[0], frame.yuvPlanes[1], frame.yuvStrides[1], frame.yuvPlanes[2], frame.yuvStrides[2], frame.width, frame.height, this.outputFrameBuffer, this.outputFileWidth, this.outputFileHeight);
            buffer.put(this.outputFrameBuffer.array(), this.outputFrameBuffer.arrayOffset(), this.outputFrameSize);
        } else {
            this.yuvConverter.convert(this.outputFrameBuffer, this.outputFileWidth, this.outputFileHeight, this.outputFileWidth, frame.textureId, texMatrix);
            int stride = this.outputFileWidth;
            byte[] data = this.outputFrameBuffer.array();
            int offset = this.outputFrameBuffer.arrayOffset();
            buffer.put(data, offset, this.outputFileWidth * this.outputFileHeight);

            int r;
            for(r = this.outputFileHeight; r < this.outputFileHeight * 3 / 2; ++r) {
                buffer.put(data, offset + r * stride, stride / 2);
            }

            for(r = this.outputFileHeight; r < this.outputFileHeight * 3 / 2; ++r) {
                buffer.put(data, offset + r * stride + stride / 2, stride / 2);
            }
        }

        buffer.rewind();
        this.rawFrames.add(buffer);
    } finally {
        VideoRenderer.renderFrameDone(frame);
    }

}

可以看到得到的是I420Frame类，这个类里封装里视频数据，是i420格式的，且Y、U、V分别存储，可以看到yuvPlanes是一个ByteBuffer[]，yuvPlanes[0]是Y，yuvPlanes[1]是U，yuvPlanes[2]是V

这些数据我们可能无法直接使用，所以需要进行转换，比如转成NV21格式。
我们知道NV21是YYYYVUVU这种格式，所以可以通过下面这个方法可以将其转成NV21格式的byte数组

public static byte[] convertLineByLine(org.webrtc.VideoRenderer.I420Frame src) {
    byte[] bytes = new byte[src.width*src.height*3/2];
    int i=0;
    for (int row=0; row<src.height; row++) {
        for (int col=0; col<src.width; col++) {
            bytes[i++] = src.yuvPlanes[0].get(col+row*src.yuvStrides[0]);
        }
    }
    for (int row=0; row<src.height/2; row++) {
        for (int col=0; col<src.width/2; col++) {
            bytes[i++] = src.yuvPlanes[2].get(col+row*src.yuvStrides[2]);
            bytes[i++] = src.yuvPlanes[1].get(col+row*src.yuvStrides[1]);
        }
    }
    return bytes;
}

总结

通过分析可以发现，在WebRtc中传输视频数据的时候用的是i420格式的，当然采集发送时候这个库在底层自动将原始数据转成i420格式；但是接收的数据则不同。如果我们要拿到这些数据进行处理，就需要我们自己进行转码，转到通用的格式后再处理。

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