Android 音视频播放器 Demo（二）—— 音频解码与音视频同步

tmacfrank2024-04-30 22:56

音视频编解码系列目录：

Android 音视频基础知识
Android 音视频播放器 Demo（一）------ 视频解码与渲染
Android 音视频播放器 Demo（二）------ 音频解码与音视频同步
RTMP 直播推流 Demo（一）------ 项目配置与视频预览

RTMP 直播推流 Demo（二）------ 音频推流与视频推流

本篇会介绍音频的解码与渲染、音视频同步以及进度条的实现。

1、音频解码与渲染

Android 播放音频通常有三种方式：

  1. Media Player
  2. Audio Track
  3. OpenSL ES

前两种都是在上层，而我们要采用的 OpenSL ES 是在 Native 层。原因如下：

  • OpenSL ES 是 C 语言的库，在 NDK 下开发能更好地集成到 Native 应用中
  • 在 Native 层播放音频速度快，延时低，非常适合音视频同步中以音频为准的情况
  • 相比于使用上层 API 的方式，可以减少 Java/Kotlin 频繁的反射调用，比如 Audio Track 播放音频需要解码为 PCM 数据再反射 Java/Kotlin，增加开销

OpenSL ES（Open Sound Library for Embedded Systems）是无授权费、跨平台、针对嵌入式系统精心优化的硬件音频加速 API，是一套针对移动式平台的音频标准。该库都允许使用 C 或 C ++ 来实现高性能，低延迟的音频操作。Android 的 OpenSL ES 库位于 NDK 的 platforms 文件夹内，它的使用通常可以分为如下几步：

  1. 创建引擎并获取引擎接口
  2. 设置混音器
  3. 创建播放器
  4. 设置播放回调函数
  5. 设置播放器状态为播放状态
  6. 手动激活回调函数
  7. 释放

前面在讲解初始化解码器时，实际上就同时创建了 VideoChannel 和 AudioChannel，现在来看 AudioChannel 的初始化：

cpp 复制代码 
/**
 * 初始化音频数据，主要是计算 PCM 大小的三要素：
 * 1.采样率，如 44100,48000
 * 2.位深/采样格式大小，使用 16 位数据表示每个样本数据
 * 3.声道数
 *
 * 由于压缩的 AAC 数据是 44100、32 位双声道，而安卓手机的音频参数是
 * 16 位的，因此需要进行重采样。AAC 用 32 位是因为算法效率高，但是硬
 * 件设备，诸如安卓手机通常采用 16 位，声卡最大也只采用了 24 位
 */
AudioChannel::AudioChannel(int stream_index, AVCodecContext *avCodecContext)
        : BaseChannel(stream_index, avCodecContext) {
    // 采样率
    out_sample_rate = 44100;
    // 位深，每个 sample 两个字节，16 位
    out_sample_size = av_get_bytes_per_sample(AV_SAMPLE_FMT_S16);
    // 双声道：AV_CH_LAYOUT_STEREO = AV_CH_FRONT_LEFT|AV_CH_FRONT_RIGHT
    nb_out_channels = av_get_channel_layout_nb_channels(AV_CH_LAYOUT_STEREO);
    // 输出缓冲区大小 = 采样率 * 位深 * 声道数 = 44100 * 2 * 2
    out_buffer_size = out_sample_rate * out_sample_size * nb_out_channels;
    // 为输出缓冲区开辟空间
    out_buffer = static_cast<uint8_t *>(malloc(out_buffer_size));
    // 重采样上下文
    swrContext = swr_alloc_set_opts(nullptr,
                                    AV_CH_LAYOUT_STEREO, // 输出的声道类型
                                    AV_SAMPLE_FMT_S16, // 输出采样大小
                                    out_sample_rate, // 输出采样率
                                    avCodecContext->channel_layout, // 输入的声道布局
                                    avCodecContext->sample_fmt, // 输入的采样格式
                                    avCodecContext->sample_rate, // 输入的采样率
                                    0, nullptr);
    // 初始化重采样上下文
    swr_init(swrContext);
}

AudioChannel::~AudioChannel() {
    if (swrContext) {
        swr_free(&swrContext);
    }

    DELETE(out_buffer);
}

然后就是开始播放的时候，在 VideoPlayer 中让 AudioChannel 开始工作：

cpp 复制代码 
void VideoPlayer::start() {
    isPlaying = true;

    if (videoChannel) {
        videoChannel->start();
    }
	// 音频通道也开始解码和播放
    if (audioChannel) {
        audioChannel->start();
    }

    pthread_create(&pid_start, nullptr, task_start, this);
}

与 VideoChannel 类似，AudioChannel 也是开启两个线程分别解码和播放：

cpp 复制代码 
/**
 * 开启解码和播放线程
 */
void AudioChannel::start() {
    isPlaying = true;

    packets.setEnable(true);
    frames.setEnable(true);

    pthread_create(&pid_decode, nullptr, task_decode_audio, this);
    pthread_create(&pid_play, nullptr, task_play_audio, this);
}

1.1 音频解码

音频解码的代码实际上是跟视频解码几乎一致的，只不过解码出来的 AVFrame 是存放在 AudioChannel 的 AVFrame 队列中：

cpp 复制代码 
void *task_decode_audio(void *args) {
    auto audioChannel = static_cast<AudioChannel *>(args);
    audioChannel->decode();
    return nullptr;
}

void AudioChannel::decode() {
    // 由于从队列中取出的 AVPacket 在使用完后直接
    // 就释放了，因此可以放在 while 外复用
    AVPacket *packet = nullptr;
    int result;
    while (isPlaying) {
        // 由于解码速度要快于音视频的渲染/播放速度，因此需要控制
        // frames 队列的入队速度，以防队列过大而撑爆内存
        if (isPlaying && frames.size() > 100) {
            av_usleep(10 * 1000);
            continue;
        }
        // 从队列中取出一个 AVPacket
        result = packets.get(packet);

        // 如果此时已经设置停止播放，则跳出循环
        if (!isPlaying) {
            break;
        }
        // 如果取 AVPacket 失败，可能是因为队列中尚未有
        // AVPacket，继续循环等待 AVPacket 被读取到队列中
        if (!result) {
            continue;
        }

        // 将 AVPacket 发送给解码器
        result = avcodec_send_packet(avCodecContext, packet);
        if (result != 0) {
            break;
        }

        // 从解码器中获取解码后的 AVFrame 存入 frames 队列中，av_frame_alloc()
        // 会在堆区开辟内存空间，使用完毕需要回收
        AVFrame *frame = av_frame_alloc();
        result = avcodec_receive_frame(avCodecContext, frame);
        LOGD("音频解码结果：%d", result);
        if (!result) {
            frames.put(frame);
            // 每当调用 av_read_frame() 时就会对相应的 AVPacket 引用计数加一，
            // 对 AVPacket 的 *data 指向的内存区域的引用计数减 1，减到 0 时会回收
            av_packet_unref(packet);
            // 回收 AVPacket 指针本身
            releaseAVPacket(&packet);
        } else if (result == AVERROR(EAGAIN)) {
            continue;
        } else {
            // 解码失败，但是 AVFrame 有值，需要释放
            if (frame) {
                releaseAVFrame(&frame);
            }
            break;
        }
        LOGD("音频解码，frames 中完成解码的帧数：%d", frames.size());
    }
    av_packet_unref(packet);
    // 对于从 while 循环 break 出来的情况还要再回收一次 AVPacket
    releaseAVPacket(&packet);
}

1.2 音频播放

使用 OpenSL ES 播放音频，先按照如下步骤设置：

cpp 复制代码 
/**
 * 播放线程的任务，是配置 OpenSL ES 的引擎与播放器，并在最后触发
 * 回调接口。回调接口触发后会不断地自我回调，每次回调都从 mFrames
 * 队列中取出 AVFrame 将音频数据以及大小存入 OpenSL ES 的播放队列
 */
void AudioChannel::play() {
    SLresult result;
    /*
     * 1.创建引擎对象并获取引擎接口
     */
    // 1.1 创建引擎对象
    result = slCreateEngine(&engineObject, 0, nullptr, 0, nullptr, nullptr);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("创建引擎失败 slCreateEngine error");
        return;
    }
    // 1.2 初始化引擎
    result = (*engineObject)->Realize(engineObject, SL_BOOLEAN_FALSE);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("初始化引擎失败 Realize error");
        return;
    }
    // 1.3 获取引擎接口
    result = (*engineObject)->GetInterface(engineObject, SL_IID_ENGINE, &engineInterface);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("创建引擎接口失败 Realize error");
        return;
    }

    if (engineInterface) {
        LOGD("创建引擎接口 create success");
    } else {
        LOGE("创建引擎接口 create error");
        return;
    }

    /*
     * 2.设置混音器
     */
    // 2.1 创建混音器
    result = (*engineInterface)->CreateOutputMix(engineInterface, &outputMixObject,
                                                 0, nullptr, nullptr);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("创建混音器失败 CreateOutputMix failed");
        return;
    }
    // 2.2 初始化混音器
    result = (*engineObject)->Realize(outputMixObject, SL_BOOLEAN_FALSE);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("初始化混音器失败 (*outputMixObject)->Realize failed");
        return;
    }
    // 2.3 设置混音器接口，这步可选
    result = (*outputMixObject)->GetInterface(outputMixObject, SL_IID_ENVIRONMENTALREVERB,
                                              &environmentalReverb);
    if (SL_RESULT_SUCCESS == result) {
        (*environmentalReverb)->SetEnvironmentalReverbProperties(environmentalReverb, &settings);
    }

    /*
     * 3.创建播放器
     */
    // 3.1 配置输入声音的信息
    // 创建两个缓冲队列
    SLDataLocator_AndroidSimpleBufferQueue loc_buf_queue = {SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE,
                                                            10};
    // 设置 PCM 数据格式
    SLDataFormat_PCM format_pcm = {SL_DATAFORMAT_PCM, 2, // PCM 格式，双声道
                                   SL_SAMPLINGRATE_44_1, // 采样率为 44100
                                   SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16, // 采样格式为 16 位
                                   SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16, // 数据大小为 16 位
                                   SL_SPEAKER_FRONT_LEFT | SL_SPEAKER_FRONT_RIGHT, // 左右声道
                                   SL_BYTEORDER_LITTLEENDIAN}; // 小端模式
    // 将以上配置信息存入数据源以便后续使用
    SLDataSource audioSrc = {&loc_buf_queue, &format_pcm};
    // 3.2 配置音轨
    // 设置混音器，SL_DATALOCATOR_OUTPUTMIX 为混音器类型
    SLDataLocator_OutputMix loc_outMix = {SL_DATALOCATOR_OUTPUTMIX, outputMixObject};
    SLDataSink audioSink = {&loc_outMix, nullptr};
    // 操作队列的接口
    const SLInterfaceID ids[1] = {SL_IID_BUFFERQUEUE};
    const SLboolean req[1] = {SL_BOOLEAN_TRUE};
    // 3.3 创建播放器
    result = (*engineInterface)->CreateAudioPlayer(engineInterface, // 引擎接口
                                                   &bqPlayerObject, // 播放器
                                                   &audioSrc, // 音频配置信息
                                                   &audioSink, // 混音器
                                                   1, // 回调接口个数为 1
                                                   ids, // 播放队列 ID
                                                   req); // 使用内置播放
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("创建播放器失败 CreateAudioPlayer failed!");
        return;
    }
    // 3.4 初始化播放器
    result = (*bqPlayerObject)->Realize(bqPlayerObject, SL_BOOLEAN_FALSE);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("实例化播放器失败 CreateAudioPlayer failed!");
        return;
    }
    // 3.5 获取播放器接口
    result = (*bqPlayerObject)->GetInterface(bqPlayerObject, SL_IID_PLAY, &bqPlayerPlay);
    if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {
        LOGE("获取播放接口失败 GetInterface SL_IID_PLAY failed!");
        return;
    }

    /*
     * 4.设置播放回调函数
     */
    // 4.1 获取播放器队列接口
    result = (*bqPlayerObject)->GetInterface(bqPlayerObject, SL_IID_BUFFERQUEUE,
                                             &bqPlayerBufferQueue);
    if (result != SL_RESULT_SUCCESS) {
        LOGE("获取播放队列 GetInterface SL_IID_BUFFERQUEUE failed!");
        return;
    }
    // 4.2 设置回调
    (*bqPlayerBufferQueue)->RegisterCallback(bqPlayerBufferQueue, bqPlayerCallback, this);
    LOGD("播放器回调函数设置成功");

    /*
     * 5.设置播放器为播放状态
     */
    (*bqPlayerPlay)->SetPlayState(bqPlayerPlay, SL_PLAYSTATE_PLAYING);

    /*
     * 6.手动激活回调函数
     */
    bqPlayerCallback(bqPlayerBufferQueue, this);
    LOGD("音频播放器创建成功！");
}

4.2 步骤设置了播放器回调 bqPlayerCallback，在第 6 步中又手动激活这个回调，它需要不断将音频数据添加到 OpenSL 的队列中：

cpp 复制代码 
/**
 * 回调函数，将每一帧音频数据存入 bq 队列中
 */
void bqPlayerCallback(SLAndroidSimpleBufferQueueItf bq, void *args) {
    auto audioChannel = static_cast<AudioChannel *>(args);
    // 获取 PCM 格式数据的大小
    int pcm_size = audioChannel->getPCMSize();
    // 添加 PCM 数据到播放器队列中
    (*bq)->Enqueue(bq, audioChannel->out_buffer, pcm_size);
}

将音频帧存入队列时，需要计算 PCM 的大小并传入：

cpp 复制代码 
/**
 * 从 AVFrame 队列中取出一个 AVFrame，对其进行重采样并将数据
 * 存入 out_buffer，同时获取重采样后的数据大小
 */
int AudioChannel::getPCMSize() {
    int pcm_data_size = 0;
    AVFrame *frame = nullptr;
    bool result;
    while (isPlaying) {
        result = frames.get(frame);
        if (!isPlaying) {
            break;
        }
        if (!result) {
            continue;
        }

        // 重采样，因为输入的音频频率可能有多种，如 48000，而输出音频需要统一为 44100，
        // 假如输入的是 10 个 48000，那么输出为 44100 时就需要 10 * 48000 / 44100 = 10.88 ≈ 11
        int dst_nb_samples = av_rescale_rnd(
                swr_get_delay(swrContext, frame->sample_rate) + frame->nb_samples,
                frame->sample_rate, // 输入采样率
                out_sample_rate, // 输出采样率
                AV_ROUND_UP); // 向上取整
        int samples_per_channel = swr_convert(swrContext,
                                              &out_buffer, // 重采样后的输出数据保存在 out_buffer 中
                                              dst_nb_samples, // 输出的单通道样本数
                                              (const uint8_t **) (frame->data), // 输入的未重采样的 PCM 数据
                                              frame->nb_samples); // 输入的样本数

        // 计算重采样后的 PCM 数据大小
        pcm_data_size = out_sample_size * samples_per_channel * nb_out_channels;
        break;
    }
    av_frame_unref(frame);
    releaseAVFrame(&frame);
    return pcm_data_size;
}

2、音视频同步

现在是音频和视频各自播放各自的，从解码后的 AVFrame 队列中取出一帧就渲染了，因此出现音画不同步的情况很正常，现在需要想个办法让音视频同步。

音视频同步解决方案：

  1. 以音频为准：音频只管正常播放，视频通过延时或丢帧等方式与音频同步
  2. 以视频为准：视频画面每次循环不变，音频根据视频来延迟或等待
  3. 自定义时间为准：设定开始加载视频的时间为 0，后续的音频帧与视频帧依赖自定义时间进行同步

2.1 FFmpeg 的时间戳

FFmpeg 中有两个时间戳概念 DTS 与 PTS：

  • DTS（Decoding Time Stamp）解码时间戳，告诉解码器 AVPacket 的解码顺序
  • PTS（Presentation Time Stamp）显示时间戳，指示 AVPacket 中解码出来的数据显示的顺序

在没有 B 帧的情况下，DTS 和 PTS 的输出顺序是一样的。因为 B 帧打乱了解码和显示的顺序（要解码 B 帧需要先解码后面的 P 帧），所以一旦存在 B 帧，PTS 和 DTS 就会不同：

也就是说，在音频中，DTS 与 PTS 相同。但是在视频中，由于可能存在 B 帧，所以 DTS 与 PTS 不一定相同。比如在一个帧序列中，先解码出 I 帧，然后解码出 P 帧，最后才解码出多个 B 帧。但是在显示时，顺序必须是 I、B、B、P 才是（B 是双向预测帧，参考前面的 I 帧与后面的 I/P 帧），这样 DTS 与 PTS 就不同。

实现音视频同步要基于 PTS，PTS 中有一个时间基 time_base 的概念，实际上是一个时间刻度，定义在 AVStream -> AVCodecContext 中：

cpp 复制代码 
	/**
     * 以秒为单位表示帧时间戳的基本时间单位
     * 对于固定帧速率的内容，时间基应为 1/帧速率，时间戳增量应为 1。
     * 对于视频来说，这通常是帧速率或场率的倒数，但并不总是如此。
     * 如果帧速率不是恒定的，1/time_base 不是平均帧速率。
     * - 编码：必须由用户设置。
     * - 解码：不推荐将此字段用于解码。请使用帧速率（framerate）代替。
     */
    AVRational time_base;

AVRational 表示音视频相关的有理数，num 字段是分子，den 字段是分母：

cpp 复制代码 
/**
 * Rational number (pair of numerator and denominator).
 */
typedef struct AVRational{
    int num; ///< Numerator
    int den; ///< Denominator
} AVRational;

AVRational 可以表示帧率，num 表示每秒的帧数，den 表示帧率的分母，25 就表示 25 帧/秒，那么对应的时间基就是 1/25 = 0.04 秒。

AVRational 还可以表示音频采样率，num 表示每秒的采样数，den 表示采样率的分母，44100 表示 44.1 kHz 的采样率，那么对应的时间基就是 1/44100 ≈ 22.68 微秒 。

当你获取到媒体流对象后，可以直接获取其时间基：

cpp 复制代码 
AVRational time_base = stream->time_base;

也可以通过平均帧率计算出时间基：

cpp 复制代码 
// 获取平均帧率
AVRational frame_rate = stream->avg_frame_rate;
// 计算帧率
int fps = frame_rate.num / frame_rate.den;
// 或者也可以使用现成的方法，一样的
fps = av_q2d(frame_rate);
// 帧率取倒数就是帧率的时间基
float time_base = 1.0 / fps;

2.2 代码实现

在 Native 的 VideoPlayer 执行准备工作时，打开流的解码器之后，就可以获取这个流的时间基，在创建 Channel 时将时间基传入。视频通道还要追加帧率，这些都是音视频同步所需的参数：

cpp 复制代码 
void VideoPlayer::prepareInChildThread() {
    ...
    /*
     * 3.打开解码器，对音视频流分别创建对应的处理通道
     */
    // 编解码器上下文
    AVCodecContext *avCodecContext = nullptr;
    for (int i = 0; i < avFormatContext->nb_streams; ++i) {
        ...
    	// 获取流的时间基，音视频同步需要
        AVRational time_base = stream->time_base;
        // 3.5 根据媒体流的类型创建对应的处理通道
        if (codecParameters->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
            // 有的视频类型只有一帧封面图片，这种情况需要跳过
            if (stream->disposition & AV_DISPOSITION_ATTACHED_PIC) {
                continue;
            }
            // 计算帧率供音视频同步使用
            AVRational avg_frame_rate = stream->avg_frame_rate;
            // 将 AVRational 换算为 double 再取整数
            int fps = av_q2d(avg_frame_rate);
            // 创建视频通道
            videoChannel = new VideoChannel(i, avCodecContext, time_base, fps);
            videoChannel->setRenderCallback(renderCallback);
        } else if (codecParameters->codec_type == AVMEDIA_TYPE_AUDIO) {
            // 创建音频通道
            audioChannel = new AudioChannel(i, avCodecContext, time_base);
        } else if (codecParameters->codec_type == AVMEDIA_TYPE_SUBTITLE) {
            // 创建字幕通道...省略
        }
    }
    ...
}

由于我们采用以音频为准的同步方案，因此 VideoChannel 需要持有 AudioChannel 以获取音频播放的时间戳：

cpp 复制代码 
void VideoPlayer::start() {
    ...

    // 如果音视频流都存在，就让视频通道持有音频通道，以便做音频为准的音视频同步
    if (videoChannel && audioChannel) {
        videoChannel->setAudioChannel(audioChannel);
    }

    pthread_create(&pid_start, nullptr, task_start, this);
}

现在我们拿到音频播放的时间戳了，要考虑一些同步的实现细节：

  • 如果视频播放进度比音频快，需要让视频延时，时长是每一帧的时长加上解码这一帧所需要的时间，手机配置好解码时间就短一些
  • 如果视频播放进度比音频慢，视频需要追赶，如果差距过大就什么都不做，让其自然追赶是最快的方式；如果差距不大，可以考虑以丢帧的方式进行追赶
  • 丢帧的时候要考虑是丢弃 AVPacket 还是 AVFrame，因为 AVPacket 是区分关键帧和非关键帧的，我们丢帧只能丢非关键帧。AVFrame 则没有关键帧的问题，它每一帧都是一个完整的画面

在 VideoChannel 的 play() 中，拿到 AVFrame 的图像数据回调给渲染接口之前，要比对音视频播放时间戳，如果视频比音频播的快就延时一段时间再做渲染回调。反之，视频播放比音频慢，如果差距不大可以采用丢帧的方式让视频追赶音频播放，否则不加干涉让视频自然追赶音频：

cpp 复制代码 
void VideoChannel::play() {
    ...
    AVFrame *frame = nullptr;
    int result;
    while (isPlaying) {
        result = frames.get(frame);
        if (!isPlaying) {
            break;
        }
        if (!result) {
            continue;
        }

        // 执行 YUV -> RGBA 转换，转换后的数据保存在 dst_data 和 dst_lineSize 中
        sws_scale(swsContext, frame->data, frame->linesize, 0,
                  avCodecContext->height, dst_data, dst_lineSize);

        /*
         * 音视频同步，计算每一帧视频应该延时还是丢帧
         */
        // 先计算每一帧的延时时间
        double fps_delay = 1.0 / fps;
        // 再计算每一帧解码所耗费的时间，repeat_pict 是编码器指定的
        double extra_delay = frame->repeat_pict / (2 * fps);
        double delay = fps_delay + extra_delay;

        // 获取音视频的时间戳并进行比较
        double video_time = frame->pts * av_q2d(time_base);
        double audio_time = audioChannel->audio_time;
        double time_diff = video_time - audio_time;

        // 根据 time_diff 决定视频应该延时还是丢帧
        if (time_diff > 0) {
            // 视频超前，需要给视频设置延时
            if (time_diff > 1) {
                // 如果视频远远快于音频，你不能也睡眠相应的时间，否则视频可能会"定格"，
                // 最长的睡眠时间设置为 delay 的 2 倍
                av_usleep(delay * 2 * 1000000);
            } else {
                // 差距在 0 ~ 1 之间，可以根据实际差值睡眠
                av_usleep((delay + time_diff) * 1000000);
            }
        } else if (time_diff < 0) {
            // 视频播放慢于音频，需要丢帧以追赶音频。根据经验值，当差值绝对值在 0.05
            // 以内时，丢包不会对视频播放产生严重影响（人对视频没有音频敏感）
            if (fabs(time_diff) <= 0.05) {
                // 同步丢包
                frames.sync();
                // 丢完取下一个包
                continue;
            }
        } else {
            LOGD("同步：当前处于完全同步状态");
        }

        renderCallback(dst_data[0], avCodecContext->width, avCodecContext->height, dst_lineSize[0]);
        // 释放 AVFrame
        av_frame_unref(frame);
        releaseAVFrame(&frame);
    }
    ...
}

丢帧策略是 SafeQueue 交给外界定制的：

cpp 复制代码 
template<class T>
class SafeQueue {
    // 同步时丢弃队列中视频包的回调
    typedef void (*SyncCallback)(std::queue<T> &);
public:
	void sync() {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        syncCallback(queue);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    
    void setSyncCallback(SyncCallback callback) {
        syncCallback = callback;
    }
}

VideoChannel 在初始化时对 packets 和 frames 两个队列设置了回调：

cpp 复制代码 
void dropAVPackets(std::queue<AVPacket *> &packets) {
    while (!packets.empty()) {
        AVPacket *packet = packets.front();
        if (packet->flags != AV_PKT_FLAG_KEY) {
            BaseChannel::releaseAVPacket(&packet);
            packets.pop();
        } else {
            break;
        }
    }
}

void dropAVFrames(std::queue<AVFrame *> &frames) {
    if (!frames.empty()) {
        AVFrame *frame = frames.front();
        BaseChannel::releaseAVFrame(&frame);
        frames.pop();
    }
}

VideoChannel::VideoChannel(int stream_index, AVCodecContext *avCodecContext, AVRational time_base,
                           int fps)
        : BaseChannel(stream_index, avCodecContext, time_base), fps(fps) {
    packets.setSyncCallback(dropAVPackets);
    frames.setSyncCallback(dropAVFrames);
}

当然你可以看到，两个队列的丢帧策略并不相同，因为 AVPacket 是区分关键帧与非关键帧的，丢帧时不能丢关键帧，否则画面渲染会受到影响。而 AVFrame 是解码后完整的一帧画面，没有关键帧与非关键帧之说，可以直接丢弃。

3、进度条

分两步，首先要正常显示进度，其次拖动进度条要跳转到相应的时间戳上。

3.1 显示进度

想让界面显示进度条，必须先从上层调用 Native 方法查询视频的时长，成功获取后才显示进度条：

kotlin 复制代码 
class MainActivity : AppCompatActivity() {
    private var duration = 0
    private var isTouch = false
        
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        ...
        videoPlayer.setOnPreparedListener(object : VideoPlayer.OnPreparedListener {
            override fun onPrepared() {
                duration = videoPlayer.nativeGetDuration()
                runOnUiThread {
                    if (duration > 0) {
                        setProgressTime(0, duration)
                        binding.seekBar.visibility = View.VISIBLE
                        binding.tvTime.visibility = View.VISIBLE
                    }
                    Toast.makeText(this@MainActivity, "准备就绪", Toast.LENGTH_LONG).show()
                }
                videoPlayer.start()
            }
        })
        ...
    }
    
    private fun setProgressTime(progress: Int, duration: Int) {
        binding.tvTime.text =
            String.format("%s / %s", getTimeString(progress), getTimeString(duration))
    }

    private fun getTimeString(timeInSecond: Int): String {
        val second = timeInSecond % 60
        val minute = timeInSecond / 60
        val hour = timeInSecond / 3600
        return if (hour > 1) {
            String.format("%d:%02d:%02d", hour, minute, second)
        } else {
            String.format("%02d:%02d", minute, second)
        }
    }
}

VideoPlayer 的 nativeGetDuration() 去获取 Native 层查询到的视频时长：

cpp 复制代码 
void VideoPlayer::prepareInChildThread() {
    ...
    /*
     * 2.查找媒体中的音视频流信息存入 AVFormatContext
     */
    ...

    // 获取视频的时长信息
    duration = avFormatContext->duration / AV_TIME_BASE;
    ...
}

int VideoPlayer::getDuration() {
    return duration;
}

这样可以显示出进度条和总时间，但是进度条与当前时长不会更新。要实现这个需要在 AudioChannel 的 getPCMSize() 取出 AVFrame 时计算出音频的时间戳并回调给上层。

Native 回调上层还是借助 JNICallbackHelper：

cpp 复制代码 
JNICallbackHelper::JNICallbackHelper(JavaVM *jvm, JNIEnv *jEnv, jobject jObj) {
    javaVM = jvm;
    jniEnv = jEnv;
    // jobject 默认不能跨越线程和函数，必须声明为全局引用才可以
    jObject = jEnv->NewGlobalRef(jObj);
    // 反射获取上层方法对象需要方法所在的类对象
    jclass clazz = jEnv->GetObjectClass(jObject);
    // 获取要反射的方法 ID
    ...
    onProgressId = jEnv->GetMethodID(clazz, "onProgress", "(I)V");
}

void JNICallbackHelper::onProgress(int thread_mode, int progress) {
    if (thread_mode == MAIN_THREAD) {
        // 在主线程中，可以直接使用主线程的 JNIEnv 调用上层方法
        jniEnv->CallVoidMethod(jObject, onProgressId, progress);
    } else {
        // 在子线程中，需要先获取子线程的 JNIEnv 再调用上层方法
        JNIEnv *childEnv;
        javaVM->AttachCurrentThread(&childEnv, nullptr);
        childEnv->CallVoidMethod(jObject, onProgressId, progress);
        javaVM->DetachCurrentThread();
    }
}

AudioChannel 通过 JNICallbackHelper 将时间戳回调给上层：

cpp 复制代码 
int AudioChannel::getPCMSize() {
    int pcm_data_size = 0;
    AVFrame *frame = nullptr;
    bool result;
    while (isPlaying) {
        result = frames.get(frame);
        if (!isPlaying) {
            break;
        }
        if (!result) {
            continue;
        }

        // 重采样，因为输入的音频频率可能有多种，如 48000，而输出音频需要统一为 44100，
        // 假如输入的是 10 个 48000，那么输出为 44100 时就需要 10 * 48000 / 44100 = 10.88 ≈ 11
        int dst_nb_samples = av_rescale_rnd(
                swr_get_delay(swrContext, frame->sample_rate) + frame->nb_samples,
                frame->sample_rate, // 输入采样率
                out_sample_rate, // 输出采样率
                AV_ROUND_UP); // 向上取整
        int samples_per_channel = swr_convert(swrContext,
                                              &out_buffer, // 重采样后的输出数据保存在 out_buffer 中
                                              dst_nb_samples, // 输出的单通道样本数
                                              (const uint8_t **) (frame->data), // 输入的未重采样的 PCM 数据
                                              frame->nb_samples); // 输入的样本数

        // 计算重采样后的 PCM 数据大小
        pcm_data_size = out_sample_size * samples_per_channel * nb_out_channels;

        // 计算准确的音频时间戳，如果编码器不能提供准确时间戳，就采用 frame->best_effort_timestamp 计算
        audio_time = frame->pts * av_q2d(time_base);
        if (jniCallbackHelper) {
            jniCallbackHelper->onProgress(CHILD_THREAD, audio_time);
        }
        break;
    }
    av_frame_unref(frame);
    releaseAVFrame(&frame);
    return pcm_data_size;
}

上层的接收方法还是在 VideoPlayer 中：

kotlin 复制代码 
	private var onProgressListener: OnProgressListener? = null

	fun onProgress(progress: Int) {
        onProgressListener?.onProgress(progress)
    }

	fun setOnProgressListener(onProgressListener: OnProgressListener) {
        this.onProgressListener = onProgressListener
    }

	interface OnProgressListener {
        fun onProgress(progress: Int)
    }

UI 设置 OnProgressListener 更新进度条和时间：

kotlin 复制代码 
	override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        ...
        videoPlayer.setOnProgressListener(object : VideoPlayer.OnProgressListener {
            override fun onProgress(progress: Int) {
                if (!isTouch) {
                    runOnUiThread {
                        binding.seekBar.progress = progress * 100 / duration
                        setProgressTime(progress, duration)
                    }
                }
            }
        })
        ...
    }

3.2 拖拽进度条

拖动进度条将视频跳转到对应的时间戳上，首先为 SeekBar 设置监听，在发生拖动事件时将进度传递给 Native 层：

kotlin 复制代码 
class MainActivity : AppCompatActivity(), SeekBar.OnSeekBarChangeListener {
    
    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        ...
        binding.seekBar.setOnSeekBarChangeListener(this)
        ...
    }
    
    // SeekBar.OnSeekBarChangeListener start
    override fun onProgressChanged(seekBar: SeekBar?, progress: Int, fromUser: Boolean) {
        if (fromUser) {
            setProgressTime(progress * duration / 100, duration)
        }
    }

    override fun onStartTrackingTouch(seekBar: SeekBar?) {
        isTouch = true
    }

    override fun onStopTrackingTouch(seekBar: SeekBar?) {
        isTouch = false
        seekBar?.let {
            videoPlayer.seek(it.progress * duration / 100L)
        }
    }
    // SeekBar.OnSeekBarChangeListener end
}

VideoPlayer 执行 Native 的 seek 函数：

kotlin 复制代码 
	fun seek(progress: Long) {
        nativeSeek(progress)
    }

	private external fun nativeSeek(progress: Long)

native-lib 将 seek 请求交给 Native 的 VideoPlayer：

cpp 复制代码 
extern "C"
JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_video_player_VideoPlayer_nativeSeek(JNIEnv *env, jobject thiz, jlong progress) {
    if (videoPlayer) {
        videoPlayer->seek(progress);
    }
}

VideoPlayer 通过 FFmpeg 的 av_seek_frame() 执行 seek 操作，同时将 VideoChannel 和 AudioChannel 的 AVPacket 队列和 AVFrame 队列清空再重新接收解码帧：

cpp 复制代码 
VideoPlayer::VideoPlayer(const char *data_source, JNICallbackHelper *helper) {
    // 由于参数传入的 data_source 指针在调用完当前构造函数后会被回收，
    // 为了避免 dataSource 成为悬空指针，需要对 data_source 进行深拷贝，
    // 声明 char 数组时不要忘记为 \0 预留出一个字节的空间
    dataSource = new char[strlen(data_source) + 1];
    strcpy(dataSource, data_source);

    jniCallbackHelper = helper;

    pthread_mutex_init(&seek_mutex, nullptr);
}

VideoPlayer::~VideoPlayer() {
    pthread_mutex_unlock(&seek_mutex);
}

void VideoPlayer::seek(long progress) {
    if (progress < 0 || progress > duration) {
        return;
    }
    if (!audioChannel && !videoChannel) {
        return;
    }
    if (!avFormatContext) {
        return;
    }

    pthread_mutex_lock(&seek_mutex);

    // 通过 av_seek_frame() 传入 progress 实现播放对应的帧，但是需要注意，由于该函数会修改 mAVFormatContext
    // 中的内容，而我们处于多线程环境中，需要使用同步以保证 AVFormatContext 内容的线程安全
    // 流的位置传 -1 会让 FFmpeg 自动选择是音频流还是视频流进行 seek
    // 最后一个参数是标记位，有四种选择：
    // AVSEEK_FLAG_BACKWARD（向后参考关键帧）、AVSEEK_FLAG_BYTE、AVSEEK_FLAG_ANY（精确到指定帧）、
    // AVSEEK_FLAG_FRAME（找关键帧，可能你指定的帧与关键帧相隔很多帧，单独使用可能不准确，会与其他模式配合使用）
    // 如果使用 AVSEEK_FLAG_ANY 模式，会 seek 到你指定的帧，但是由于该帧有可能不是关键帧，会出现花屏的情况
    int result = av_seek_frame(avFormatContext, -1, progress * AV_TIME_BASE,
                               AVSEEK_FLAG_BACKWARD | AVSEEK_FLAG_FRAME);
    if (result < 0) {
        LOGE("seek 失败");
        pthread_mutex_unlock(&seek_mutex);
        return;
    }

    // 清除队列中存有的帧，停止播放，跳转到新的位置后再开启
    // 队列接收新位置读取的 AVPacket 和解码后的 AVFrame
    if (audioChannel) {
        audioChannel->packets.setEnable(false);
        audioChannel->frames.setEnable(false);
        audioChannel->packets.clear();
        audioChannel->frames.clear();
        audioChannel->packets.setEnable(true);
        audioChannel->frames.setEnable(true);
    }

    if (videoChannel) {
        videoChannel->packets.setEnable(false);
        videoChannel->frames.setEnable(false);
        videoChannel->packets.clear();
        videoChannel->frames.clear();
        videoChannel->packets.setEnable(true);
        videoChannel->frames.setEnable(true);
    }

    pthread_mutex_unlock(&seek_mutex);
}

演示效果图如下：

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