安卓MediaCodec实现视频文件的转码压缩

以下为Android平台使用MediaCodec实现视频文件解码→转码→压缩的全流程技术原理与核心代码解析，结合硬件加速与参数优化策略，涵盖关键状态机管理与性能陷阱规避方案。

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🔧 ​一、全流程架构与核心组件​

1. ​组件分工​

   • MediaExtractor：分离视频文件的音视频轨道，提取编码数据（如H.264）
   • MediaCodec：硬件加速编解码器，负责解码原始数据→处理→重新编码
   • MediaMuxer：封装编码后的数据为MP4等容器格式

2. ​流程概览​

   graph LR A[输入视频] --> B(MediaExtractor提取轨道) B --> C{选择视频轨道} C --> D[MediaCodec解码] D --> E[帧处理/压缩] E --> F[MediaCodec编码] F --> G[MediaMuxer封装] G --> H[输出视频]

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⚙️ ​二、解码原理与代码实现​

1. ​初始化解码器​

MediaExtractor extractor = new MediaExtractor();
extractor.setDataSource(inputPath); // 输入文件路径
int videoTrackIndex = -1;
// 遍历轨道并选择视频轨道
for (int i = 0; i < extractor.getTrackCount(); i++) {
    MediaFormat format = extractor.getTrackFormat(i);
    String mime = format.getString(MediaFormat.KEY_MIME);
    if (mime.startsWith("video/")) {
        videoTrackIndex = i;
        extractor.selectTrack(i); // 选中轨道
        break;
    }
}
// 配置解码器（以H.264为例）
MediaCodec decoder = MediaCodec.createDecoderByType("video/avc");
decoder.configure(extractor.getTrackFormat(videoTrackIndex), null, null, 0); // Surface设为null
decoder.start();

2. ​解码循环（关键步骤）​​

ByteBuffer[] inputBuffers = decoder.getInputBuffers();
ByteBuffer[] outputBuffers = decoder.getOutputBuffers();
MediaCodec.BufferInfo bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
boolean eos = false;

while (!eos) {
    // 提交压缩数据到解码器
    int inputBufferIndex = decoder.dequeueInputBuffer(10000);
    if (inputBufferIndex >= 0) {
        ByteBuffer inputBuffer = inputBuffers[inputBufferIndex];
        int sampleSize = extractor.readSampleData(inputBuffer, 0);
        if (sampleSize < 0) {
            decoder.queueInputBuffer(inputBufferIndex, 0, 0, 0, MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM);
            eos = true;
        } else {
            decoder.queueInputBuffer(inputBufferIndex, 0, sampleSize, extractor.getSampleTime(), 0);
            extractor.advance(); // 移动到下一帧
        }
    }
    
    // 获取解码后的原始帧（YUV格式）
    int outputBufferIndex = decoder.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, 10000);
    if (outputBufferIndex >= 0) {
        ByteBuffer outputBuffer = outputBuffers[outputBufferIndex];
        // 此处可插入帧处理（如缩放、滤镜等）
        decoder.releaseOutputBuffer(outputBufferIndex, false); // 不渲染到Surface
    }
}

​技术要点​：

• 若需处理解码后的YUV数据，需通过outputBuffer获取原始帧
• 结束标志BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM必须发送，否则解码器会阻塞

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🎚️ ​三、转码压缩原理与参数配置​

1. ​编码器初始化（关键参数）​​

MediaCodec encoder = MediaCodec.createEncoderByType("video/avc");
MediaFormat format = MediaFormat.createVideoFormat("video/avc", targetWidth, targetHeight);
// 压缩核心参数
format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, 1_000_000); // 1Mbps码率
format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 25);      // 帧率
format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 2);  // 关键帧间隔（秒）
format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatYUV420Flexible);
encoder.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
encoder.start();

2. ​压缩参数影响分析​

​参数​	​典型值范围​	​压缩效果​
​分辨率​	1080p→720p	像素量减少50%，文件体积显著下降
​码率 (KEY_BIT_RATE)​​	5Mbps→1Mbps	码率降低80%，可能引入画面模糊
​帧率​	30fps→24fps	动态细节减少，体积下降约20%
​关键帧间隔​	1秒→5秒	GOP增大，压缩率提升，但快进/seek可能卡顿

​注意 ​：颜色格式需通过MediaCodecInfo查询设备支持，优先选COLOR_FormatYUV420Flexible

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🔄 ​四、转码全流程桥接（解码→编码→封装）​​

1. ​MediaMuxer初始化​

MediaMuxer muxer = new MediaMuxer(outputPath, MediaMuxer.OutputFormat.MUXER_OUTPUT_MPEG_4);
int videoTrack = -1; // 等待编码器输出格式确定后再添加轨道

2. ​数据流转核心循环​

while (true) {
    // 从解码器获取原始帧（YUV）
    int decoderOutputIndex = decoder.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, TIMEOUT);
    if (decoderOutputIndex >= 0) {
        ByteBuffer rawFrame = decoder.getOutputBuffer(decoderOutputIndex);
        
        // 提交原始帧到编码器
        int encoderInputIndex = encoder.dequeueInputBuffer(TIMEOUT);
        if (encoderInputIndex >= 0) {
            ByteBuffer encoderInputBuffer = encoder.getInputBuffer(encoderInputIndex);
            encoderInputBuffer.put(rawFrame);
            encoder.queueInputBuffer(encoderInputIndex, 0, bufferInfo.size, bufferInfo.presentationTimeUs, 0);
        }
        decoder.releaseOutputBuffer(decoderOutputIndex, false);
    }
    
    // 从编码器获取压缩数据
    int encoderOutputIndex = encoder.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, TIMEOUT);
    if (encoderOutputIndex == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
        videoTrack = muxer.addTrack(encoder.getOutputFormat()); // 添加轨道
        muxer.start();
    } else if (encoderOutputIndex >= 0) {
        ByteBuffer encodedData = encoder.getOutputBuffer(encoderOutputIndex);
        muxer.writeSampleData(videoTrack, encodedData, bufferInfo); // 写入文件
        encoder.releaseOutputBuffer(encoderOutputIndex, false);
    }
}

​关键逻辑​：

• 编码器输出格式变化（INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED）时必须通知MediaMuxer
• 时间戳presentationTimeUs需保持连续性，否则播放异常

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🚀 ​五、性能优化与进阶技巧​

1. ​异步模式（API 21+）​ ​

   避免轮询阻塞，使用Callback提升效率：

   encoder.setCallback(new MediaCodec.Callback() {
       @Override
       public void onInputBufferAvailable(MediaCodec mc, int index) {
           // 填充数据到编码器
       }
       @Override
       public void onOutputBufferAvailable(MediaCodec mc, int index, BufferInfo info) {
           // 处理压缩数据并提交给MediaMuxer
       }
   });

2. ​Surface输入（零拷贝）​ ​

   直接绑定Surface到编码器，跳过CPU处理：

   Surface inputSurface = encoder.createInputSurface();
   // 将解码器输出渲染到inputSurface（需OpenGL ES上下文）

3. ​动态码率调整 ​

   根据网络或存储需求实时调整码率：

   Bundle params = new Bundle();
   params.putInt(MediaCodec.PARAMETER_KEY_VIDEO_BITRATE, newBitrate);
   encoder.setParameters(params);

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⚠️ ​六、常见问题解决​

1. ​绿屏/花屏​

   • 原因：颜色格式不匹配或帧数据未对齐
   • 方案：确认设备支持的COLOR_FORMAT，YUV数据需满足分辨率对齐要求（通常是2的倍数）

2. ​帧率骤降​

   • 原因：编码器处理超时
   • 优化：降低分辨率/码率，或使用Surface输入跳过YUV转换

3. ​封装失败​

   • 原因：未添加轨道或时间戳错误
   • 检查：确保在INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED后才启动MediaMuxer

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💎 ​总结与最佳实践​

1. ​核心流程 ​：Extractor→Decoder→Frame Processing→Encoder→Muxer

2. ​参数黄金法则​：分辨率 > 码率 > 帧率 > GOP，按需求牺牲画质换体积

3. ​必选优化​：

   • 异步模式处理I/O避免阻塞
   • Surface输入减少CPU-YUV拷贝
   • 动态码率适应场景需求

完整代码参考：Android MediaCodec官方示例

深入性能调优：分析dumpsys media.codec获取编解码器实时状态