Android MediaCodec 的使用和源码实现分析

MediaCodec 是 Android 提供的底层多媒体编解码 API，允许开发者使用系统硬件编解码器对音视频数据进行压缩/解压。

使用流程（图像/音频通用）

MediaCodec 提供了同步和异步两种使用模式，推荐使用异步模式（API 21 及以上）。无论是编码器（Encoder）还是解码器（Decoder），MediaCodec 的典型使用流程是：

Configure → Start → (queueInputBuffer / dequeueOutputBuffer) → Stop → Release

1. 创建 MediaCodec 实例：

   通过 MediaCodec.createByCodecName 或 MediaCodec.createEncoderByType / MediaCodec.createDecoderByType 创建编码器或解码器，指定 MIME 类型（如 "video/avc"、"audio/mp4a-latm"）。配置 MediaFormat，设置参数如分辨率、码率、采样率等。

2. 配置 MediaCodec：

   调用 configure() 方法，传入 MediaFormat、Surface（视频解码时可选）等参数，指定编码或解码模式。

3. 启动 MediaCodec：

   调用 start() 进入执行状态。

4. 处理输入输出缓冲区：

   输入缓冲区 ：通过 dequeueInputBuffer() 获取可用的输入缓冲区索引，将数据（如原始 PCM 或 YUV 数据）写入缓冲区，然后调用 queueInputBuffer() 提交。

   输出缓冲区 ：通过 dequeueOutputBuffer() 获取处理后的数据，处理后调用 releaseOutputBuffer() 释放。

5. 停止和释放：

   调用 stop() 和 release() 停止并释放资源。

异步模式 （API 21+）：使用 setCallback() 设置回调，处理输入输出缓冲区事件，避免手动轮询。在 onInputBufferAvailable 中填充数据，在 onOutputBufferAvailable 中处理结果。

同步示例：

以解码 H.264 视频为例（原始数据为裸流 .h264）

val codec = MediaCodec.createDecoderByType("video/avc")

val format = MediaFormat.createVideoFormat("video/avc", width, height)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_MAX_INPUT_SIZE, 0)
codec.configure(format, surface, null, 0)
codec.start()

val inputBuffers = codec.inputBuffers
val outputBuffers = codec.outputBuffers

while (running) {
    val inIndex = codec.dequeueInputBuffer(10000)
    if (inIndex >= 0) {
        val inputBuffer = inputBuffers[inIndex]
        inputBuffer.clear()
        val sampleSize = readH264Frame(inputBuffer)
        if (sampleSize > 0) {
            codec.queueInputBuffer(inIndex, 0, sampleSize, presentationTimeUs, 0)
        } else {
            codec.queueInputBuffer(inIndex, 0, 0, 0, MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM)
            break
        }
    }

    val bufferInfo = MediaCodec.BufferInfo()
    val outIndex = codec.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, 10000)
    if (outIndex >= 0) {
        // 解码帧已就绪，在 Surface 上显示
        codec.releaseOutputBuffer(outIndex, true)
    } else if (outIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
        val newFormat = codec.outputFormat
        Log.d("MediaCodec", "Output format changed: $newFormat")
    }
}

codec.stop()
codec.release()

异步示例：

使用 MediaCodec 异步模式进行视频解码的示例（ H.264 视频解码到 Surface ）：

import android.media.MediaCodec;
import android.media.MediaFormat;
import android.view.Surface;
import java.nio.ByteBuffer;

public class VideoDecoder {
    private MediaCodec mediaCodec;
    private static final String MIME_TYPE = "video/avc"; // H.264
    private static final int TIMEOUT_US = 10000; // 10ms 超时

    public void startDecoder(Surface surface, byte[] sps, byte[] pps) {
        try {
            // 创建解码器
            mediaCodec = MediaCodec.createDecoderByType(MIME_TYPE);

            // 配置 MediaFormat
            MediaFormat format = MediaFormat.createVideoFormat(MIME_TYPE, 1920, 1080); // 分辨率
            format.setByteBuffer("csd-0", ByteBuffer.wrap(sps)); // SPS
            format.setByteBuffer("csd-1", ByteBuffer.wrap(pps)); // PPS

            // 设置异步回调
            mediaCodec.setCallback(new MediaCodec.Callback() {
                @Override
                public void onInputBufferAvailable(MediaCodec codec, int index) {
                    // 获取输入缓冲区
                    ByteBuffer inputBuffer = codec.getInputBuffer(index);
                    // 从数据源获取数据（示例中假设有数据）
                    byte[] data = getVideoData(); // 需实现
                    if (data != null) {
                        inputBuffer.put(data);
                        codec.queueInputBuffer(index, 0, data.length, getPresentationTimeUs(), 0);
                    } else {
                        // 结束标志
                        codec.queueInputBuffer(index, 0, 0, 0, MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM);
                    }
                }

                @Override
                public void onOutputBufferAvailable(MediaCodec codec, int index, MediaCodec.BufferInfo info) {
                    // 释放输出缓冲区到 Surface
                    if ((info.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM) != 0) {
                        codec.stop();
                        codec.release();
                        return;
                    }
                    codec.releaseOutputBuffer(index, true); // 渲染到 Surface
                }

                @Override
                public void onError(MediaCodec codec, MediaCodec.CodecException e) {
                    e.printStackTrace();
                }

                @Override
                public void onOutputFormatChanged(MediaCodec codec, MediaFormat format) {
                    // 输出格式变化
                    // 可处理新的 MediaFormat
                }
            });

            // 配置并启动
            mediaCodec.configure(format, surface, null, 0);
            mediaCodec.start();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 模拟获取视频数据
    private byte[] getVideoData() {
        // 替换为实际数据源（如文件、网络流）
        return null;
    }

    // 模拟获取时间戳
    private long getPresentationTimeUs() {
        return System.nanoTime() / 1000;
    }

    // 停止解码
    public void stop() {
        if (mediaCodec != null) {
            mediaCodec.stop();
            mediaCodec.release();
            mediaCodec = null;
        }
    }
}

使用方法：

1. 创建 Surface（如通过 SurfaceView 获取）。
2. 提供 H.264 流的 SPS（Sequence Parameter Set，序列参数集） 和 PPS（Picture Parameter Set，图像参数集）数据。
3. 调用 startDecoder() 传入 Surface 和 SPS/PPS。
4. 数据源需实现 getVideoData()，提供 H.264 帧数据。
5. 调用 stop() 释放资源。

编码示例：

与解码类似，只是配置为 CONFIGURE_FLAG_ENCODE：

format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, 125000)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 15)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT,
                  MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatYUV420Flexible)
format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 5)

codec.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE)

然后从 inputBuffer 填入 YUV，读取 outputBuffer 得到压缩后的 H264。

常见使用注意点

1. 线程安全：

   MediaCodec 本身非线程安全，所有操作应在同一线程或通过同步机制处理。异步模式中，回调运行在内部线程，需确保数据处理线程安全。

2. 缓冲区管理：

   输入缓冲区需确保数据格式正确（如 YUV 帧格式、PCM 采样率）。输出缓冲区可能返回 INFO_ 状态（如 INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED），需处理这些状态。不要长时间持有缓冲区，避免阻塞。

3. 硬件限制：

   不同设备支持的编解码器和参数（如分辨率、帧率）不同，需通过 MediaCodecInfo 查询支持的功能。硬件解码器可能有缓冲区数量限制，需合理管理。

4. 配置 MediaFormat：

   编码器需设置合理的码率、帧率、I 帧间隔等，避免过高参数导致性能问题。解码器需匹配输入数据的格式（如 H.264 的 SPS/PPS）。

5. 错误处理：

   处理 MediaCodec.CodecException，可能由硬件或配置错误引发。检查 isRecoverable() 或 isTransient()，决定是否重试或重启。

6. 异步 vs 同步：

   异步模式更适合现代应用，避免阻塞主线程。同步模式适合简单场景，但需手动轮询，可能影响性能。

7. Surface 使用：

   视频解码时，输出到 Surface 可提高效率，但需确保 Surface 有效。编码器不支持 Surface 输出，需手动处理输出数据。

8. 性能优化：

   使用硬件加速（优先选择硬件编解码器）。避免频繁创建/销毁 MediaCodec 实例，复用实例以降低开销。

9. 输入数据必须是"帧"对齐的

   如果你是从网络流（如 RTP/RTMP）中接收数据，确保每次 queueInputBuffer() 的数据是一帧（NALU），否则容易出现花屏或丢帧。

10. MediaCodec 必须按严格顺序调用

    configure() → start() → queue/dequeue → stop() → release()

    调用顺序错了会抛出 IllegalStateException

11. Surface 与 ByteBuffer 二选一

    解码可以输出到 Surface（适合显示）或 ByteBuffer（适合处理图像）。若使用 Surface 解码，不可访问 outputBuffer。

12. 解码时可能遇到 format change

dequeueOutputBuffer() 返回 INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED 时必须处理新的输出格式：

val newFormat = codec.outputFormat
// 处理新的分辨率等信息

13. 记得处理 EOS（End Of Stream）

queueInputBuffer(..., MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM)

当 EOS 输入后，dequeueOutputBuffer 最终返回的 bufferInfo.flags 也会包含 EOS，代表流结束。

14. 使用 setCallback() 进行异步处理（可选）

从 Android 5.0 开始，支持异步 API：

codec.setCallback(object : MediaCodec.Callback() {
    override fun onInputBufferAvailable(codec: MediaCodec, index: Int) { /*...*/ }
    override fun onOutputBufferAvailable(codec: MediaCodec, index: Int, info: BufferInfo) { /*...*/ }
    override fun onError(codec: MediaCodec, e: MediaCodec.CodecException) { /*...*/ }
    override fun onOutputFormatChanged(codec: MediaCodec, format: MediaFormat) { /*...*/ }
})

源码实现

MediaCodec 的底层实现基于 Android 的多媒体框架，主要依赖 AOSP 的 stagefright 和硬件抽象层（HAL）。

架构概览：

MediaCodec 是 Java 层 API，通过 JNI 调用 C++ 层的 MediaCodec （frameworks/av/media/libstagefright/MediaCodec.cpp）。底层通过 OMX（OpenMAX IL）与硬件编解码器交互，或使用软件编解码器（如 FFmpeg 或 Google 的软件编解码器）。

初始化与配置：

MediaCodec::CreateByType 或 CreateByName 调用 OMXClient 初始化硬件解码器，查询设备支持的编解码器列表（MediaCodecList）。configure() 方法将 MediaFormat 转换为 OMX 参数，设置编码/解码参数（如分辨率、码率）。

缓冲区处理：

输入输出缓冲区通过 AMessage 和 ABuffer 在 C++ 层管理，映射到 Java 层的 ByteBuffer。异步模式使用 Looper 和 Handler 机制分发回调事件。

硬件加速：

硬件解码通过 OMX 层与芯片厂商提供的驱动交互（如 Qualcomm、MediaTek 的硬件编解码器）。源码中，OMXCodec（frameworks/av/media/libstagefright/OMXCodec.cpp）负责与硬件通信，处理缓冲区和帧数据。

错误处理：

底层通过 status_t 返回错误码，映射到 Java 层的 MediaCodec.CodecException。常见错误包括硬件资源不足、格式不支持等。

关键类与文件：

• MediaCodec.java：Java 层 API 入口。
• MediaCodec.cpp：C++ 层实现，桥接 Java 和 OMX。
• OMXCodec.cpp：硬件编解码器交互逻辑。
• MediaCodecList.cpp：管理支持的编解码器信息。

调用链（解码器）：

Android MediaCodec 底层通过 JNI 调用了 C++ 层的 MediaCodec，最终与硬件编解码器通信：

• Java 层类：android.media.MediaCodec

• Native 层类：android_media_MediaCodec.cpp、MediaCodec.cpp

• 底层服务：MediaCodecService → OMX → HAL → 硬件

  MediaCodec.configure() → native_configure() → MediaCodec.cpp::configure()
  ↓
  CodecLooper 创建 Codec（如 OMXCodec、C2Codec）
  ↓
  SurfaceTexture 或 BufferQueue 创建输出目标

源码路径（Android AOSP）：

frameworks/av/media/libstagefright/
    MediaCodec.cpp
    MediaCodecBuffer.cpp
    ...
frameworks/av/services/mediacodec/
    MediaCodecService.cpp

补充说明

调试技巧：

使用 adb logcat 查看 MediaCodec 日志，定位错误。检查 MediaCodecInfo 确保设备支持目标 MIME 类型和参数。验证输入数据的完整性（如 H.264 的 NAL 单元）。

性能优化：

使用 Surface 输出视频解码结果，减少数据拷贝。批量处理缓冲区，降低调用频率。优先选择硬件编解码器（名称通常包含厂商标识，如 OMX.qcom）。

常见问题：

黑屏 ：可能是 Surface 无效或输入数据格式错误。卡顿 ：检查帧率、码率是否过高，或缓冲区处理不及时。崩溃：检查是否正确释放资源，或硬件不支持指定参数。