Android MediaCodec的数据处理方式分析

*由于工作需要，需要利用MediaCodec实现Playback及Transcode等功能，故在学习过程中翻译了Google官方的MediaCodec API文档，由于作者水平限制，文中难免有错误和不恰当之处，望批评指正。

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概述

Android MediaCodec可以访问底层的media codecs,我们很容易利用MediaCodec来构建encoder或decoder来实现音视频编码和音视频解码的功能。

简单点儿理解，一个Codec（可以认为是一个MediaCodec的实例对象）就相当于一个“处理器”：处理输入数据，并产生输出数据。

如下图所示，每一个Codec都维护着一组 input buffers 和 output buffers。开始时Codec拥有所有buffers的所有权，Client(可以暂且理解为MediaCodec之外写的程序)无法向 input buffer 写入数据，也无法读取 output buffer 中的数据。数据处理开始后，Client向Codec请求一个（同步模式）或者接收到（异步模式）一个空的 input buffer，将要处理的数据写入到该buffer中，然后提交给Codec处理，Codec处理完数据后会将处理的结果写入到一个空的 output buffer 中，之后Client就可以请求或接收到这个存有结果的 output buffer，Client对结果使用完毕后就可以release这个output buffer，Codec就可以再次使用这个buffer，如此过程完成整个的处理。

Android MediaCodec主要有3种数据处理的方式：

　　1. 使用Buffers的异步处理方式（Asynchronous Processing using Buffers）

　　2. 使用Buffers的同步处理方式（Synchronous Processing using Buffers）

　　3. 使用Buffer数组的同步处理方式（Synchronous Processing using Buffer Arrays (deprecated)）

依据Android版本不同可以采用不同的方式，如下图：

目前最常用的是前两种模式，故接下来重点讲解。

使用Buffers的异步处理方式（Asynchronous Processing using Buffers）

基本处理流程：

注意：

　　1. 在调用configure配置MediaCodec之前需要为MediaCodec设置callback，需要实现MediaCodec.Callback接口并重写其中的方法：onInputBufferAvailable 、onOutputBufferAvailable、onOutputFormatChanged、onError，工作时MediaCodec会利用　　　 这四个回调方法来自动的通知Client什么时候input buffer有效，什么时候output buffer有效，什么时候media format发生变化，什么时候运行出错，也是在这些方法中Client向Codec送入数据并得到处理的结果及获取Codec的一些其他信息。

　　2. 异步模式下MediaCodec的状态转换会有些许不同，在调用start方法后会直接进入Running状态;

　　异步处理模式下，调用MediaCodec.start()后Codec 立即进入Running子状态，通过设置的callback中的回调方法onInputBufferAvailable()会自动收到可用(empty)的input buffer，此时可以根据input buffer id调用getInputBuffer(id)得到这个buffer，并将需要的处理的数据写入该buffer中，最后调用queueInputBuffer(id, ...)将该buffer提交给Codec处理；Codec每处理完一帧数据就会将处理结果写入一个空的output buffer,并通过回调函数onOutputBufferAvailable来通知Client来读取结果，Client可以根据output bufffer id调用getOutputBuffer(id)获取该buffer并读取结果，完毕后可以调用releaseOutputBuffer(id, ...)释放该buffer给Codec再次使用。

典型的代码设计：

 MediaCodec codec = MediaCodec.createByCodecName(name);
 MediaFormat mOutputFormat; // member variable
 // 异步模式下需要在configure之前设置callback
 codec.setCallback(new MediaCodec.Callback() {

     /**
      * 在onInputBufferAvailable回调方法中，MediaCodec会通知什么时候input
      * buffer有效，根据buffer id，调用getInputBuffer(id)可以获得这个buffer，
      * 此时就可以向这个buffer中写入数据，最后调用queueInputBuffer(id, …)提交
      * 给MediaCodec处理。
      */
     @Override
     void onInputBufferAvailable(MediaCodec mc, int inputBufferId) {
     ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(inputBufferId);
     // fill inputBuffer with valid data
     …
     codec.queueInputBuffer(inputBufferId, …);
     }

     /**
      * 在onOutputBufferAvailable回调方法中，MediaCodec会通知什么时候output
      * buffer有效，根据buffer id，调用getOutputBuffer(id)可以获得这个buffer，
      * 此时就可以读取这个buffer中的数据，最后调用releaseOutputBuffer(id, …)释放
      * 给MediaCodec再次使用。
      */

     @Override
     void onOutputBufferAvailable(MediaCodec mc, int outputBufferId, …)     {
         ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(outputBufferId);
         MediaFormat bufferFormat = codec.getOutputFormat(outputBufferId); // option A
         // bufferFormat is equivalent to mOutputFormat
         // outputBuffer is ready to be processed or rendered.
         …
         codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId, …);
     }
 　　/**
     * 当MediaCodec的output format发生变化是会回调该方法，一般在start之后都会首先回调该方法
     */
     @Override
     void onOutputFormatChanged(MediaCodec mc, MediaFormat format) {
         // Subsequent data will conform to new format.
         // Can ignore if using getOutputFormat(outputBufferId)
         mOutputFormat = format; // option B
     }
     /**
      * MediaCodec运行发生错误时会回调该方法
      */
     @Override
     void onError(…) {
     …
     }
 });
 codec.configure(format, …);
 mOutputFormat = codec.getOutputFormat(); // option B
 codec.start(); // start 之后MediaCodec立即进入Running子状态，并会回调callback中的方法
 // wait for processing to complete
 codec.stop();  // stop后MediaCodec进入Uninitialized子状态
 codec.release(); //使用完毕要释放掉MediaCdoec占用的资源                   

使用Buffers的同步处理方式（Synchronous Processing using Buffers）

基本处理流程：

　　同步模式下,MediaCodec调用start()方法后会进入Flushed子状态，然后第一次调用dequeueInputBuffer()后才会进入Running子状态。

　　这种模式下，程序需要在一个无限循环中通过调用dequeueInputBuffer(...)和dequeueOutputBuffer(...)来不断地请求Codec是否有可用的input buffer 或 output buffer：

　　    > 如果有可用的input buffer：根据得到的buffer id,调用getInputBuffer(id)获取该buffer，并向其中写入待处理的数据，然后调用queueInputBuffer(id,..)提交到Codec进行处理

　　    > 如果有可用的output buffer: 根据得到的buffer id,调用getOutputBuffer(id)获取该buffer，读取其中的处理结果，然后调用releaseOutputBuffer(id,..)释放该buffer供Codec再次使用

　　    > 处理过程中还可能受到一些特殊标记的buffer id,比如MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED，要作出恰当处理

典型的代码设计：

  MediaCodec codec = MediaCodec.createByCodecName(name);
  codec.configure(format, ...);
  MediaFormat outputFormat = codec.getOutputFormat(); // option B
  codec.start();  // start()方法后会进入Flushed子状态
  /**
   * 在一个无限循环中不断地请求Codec是否有可用的input buffer 或 output buffer
   */
  for (;;) {
      int inputBufferId = codec.dequeueInputBuffer(timeoutUs); // 请求是否有可用的input buffer
      if (inputBufferId >= 0) {
          ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(...); // 获取input buffer
          // fill inputBuffer with valid data
          ...
          codec.queueInputBuffer(inputBufferId, ...); // 提交数据给Codec
      }
      int outputBufferId = codec.dequeueOutputBuffer(...); // 请求是否有可用的output buffer
      if (outputBufferId >= 0) {
          ByteBuffer outputBuffer = codec.getOutputBuffer(outputBufferId); // 获取output buffer
          MediaFormat bufferFormat = codec.getOutputFormat(outputBufferId); // option A
          // bufferFormat is identical to outputFormat
          // outputBuffer is ready to be processed or rendered.
          ...
          codec.releaseOutputBuffer(outputBufferId, ...); // 释放output buffer供Codec再次使用
      } else if (outputBufferId == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
          // Subsequent data will conform to new format.
          // Can ignore if using getOutputFormat(outputBufferId)
          outputFormat = codec.getOutputFormat(); // option B
      }
   }
   codec.stop();
   codec.release(); //释放资源

异步模式与同步模式的区别在于：

　　》异步模式下通过回调函数来自动的传递可用的input buffer 或 output buffer

　　》同步模式下需要通过dequeueInputBuffer(...)或dequeueOutputBuffer(...)来请求获取可用的input buffer 或 output buffer

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