Android平台RTSP|RTMP播放器高效率如何回调YUV或RGB数据？

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技术背景

我们在做Android平台RTSP、RTMP播放器的时候，经常遇到这样的技术诉求，开发者希望拿到播放器解码后的YUV或RGB数据，投递给视觉算法，做AI分析，本文以ffmpeg和大牛直播SDK的SmartPlayer为例，介绍下相关的技术实现。

FFmpeg

FFmpeg 是一个开源的跨平台多媒体处理工具库，广泛应用于音视频处理领域。

格式转换：

可以在众多不同的音频和视频格式之间进行转换。例如，将 MP4 格式转换为 AVI 格式，或者将 WAV 音频文件转换为 MP3 格式。
支持几乎所有常见的音视频编码格式，如 H.264、H.265、AAC、MP3 等。

编码与解码：

能够对各种音视频编码格式进行解码，将压缩的音视频数据还原为原始的图像和音频信号。
同时也可以进行编码操作，将原始的音视频数据压缩成特定的编码格式，以减小文件大小或满足特定的播放需求。

视频处理：
- 可以进行视频剪辑、拼接、裁剪等操作。比如，从一个长视频中截取特定的片段，或者将多个视频片段拼接成一个新的视频。
- 支持视频的旋转、缩放、滤镜添加等特效处理。例如，将视频进行 90 度旋转，或者对视频应用模糊、锐化等滤镜效果。

音频处理：

可以进行音频的混音、提取、音量调整等操作。例如，将多个音频文件混合在一起，或者从视频中提取音频轨道。
支持音频的均衡器调整、降噪等处理，以改善音频质量。

流媒体处理：

能够处理实时流媒体，如 RTMP、RTSP、HLS 等协议。可以进行流媒体的录制、转码、分发等操作。
对于直播场景，FFmpeg 可以作为推流或拉流的工具，实现视频直播的采集、编码和传输。

集成 FFmpeg

将 FFmpeg 库集成到 Android 项目中，可以通过使用 Android NDK 来编译和链接 FFmpeg 库。
配置项目的build.gradle文件，添加 NDK 相关的配置，并创建一个 JNI 层的接口来调用 FFmpeg 的功能。

利用 FFmpeg 解码视频并获取 YUV 数据

在 JNI 层的代码中，使用 FFmpeg 的解码功能来解码 RTSP/RTMP 视频流。FFmpeg 提供了丰富的 API 来处理各种多媒体格式。
在解码过程中，可以获取解码后的视频帧，并将其转换为 YUV 格式的数据。然后通过 JNI 回调将 YUV 数据传递到 Java 层。
以下是一个简单的 JNI 方法示例，用于解码视频并回调 YUV 数据：

 #include <jni.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <string.h>
 #include <android/log.h>
 #include <libavcodec/avcodec.h>
 #include <libavformat/avformat.h>
 #include <libswscale/swscale.h>

 #define LOG_TAG "FFmpegNative"
 #define LOGE(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

 AVFormatContext *pFormatCtx = NULL;
 AVCodecContext *pCodecCtx = NULL;
 AVCodec *pCodec = NULL;
 AVFrame *pFrame = NULL;
 AVPacket packet;
 struct SwsContext *img_convert_ctx = NULL;

 jobject yuvCallbackObj;
 jmethodID yuvCallbackMethod;

 void Java_com_example_myapp_MyNativeLib_init(JNIEnv *env, jobject obj, jstring url, jobject callbackObj, jmethodID callbackMethod) {
	 const char *input_filename = (*env)->GetStringUTFChars(env, url, NULL);
	 yuvCallbackObj = (*env)->NewGlobalRef(env, callbackObj);
	 yuvCallbackMethod = callbackMethod;

	 av_register_all();
	 avformat_network_init();

	 if (avformat_open_input(&pFormatCtx, input_filename, NULL, NULL)!= 0) {
		 LOGE("Could not open input file.");
		 return;
	 }

	 if (avformat_find_stream_info(pFormatCtx, NULL) < 0) {
		 LOGE("Could not find stream information.");
		 return;
	 }

	 int videoStream = -1;
	 for (int i = 0; i < pFormatCtx->nb_streams; i++) {
		 if (pFormatCtx->streams[i]->codecpar->codec_type == AVMEDIA_TYPE_VIDEO) {
			 videoStream = i;
			 break;
		 }
	 }

	 if (videoStream == -1) {
		 LOGE("Could not find video stream.");
		 return;
	 }

	 pCodecCtx = avcodec_alloc_context3(NULL);
	 if (!pCodecCtx) {
		 LOGE("Could not allocate video codec context.");
		 return;
	 }

	 avcodec_parameters_to_context(pCodecCtx, pFormatCtx->streams[videoStream]->codecpar);

	 pCodec = avcodec_find_decoder(pCodecCtx->codec_id);
	 if (!pCodec) {
		 LOGE("Could not find codec.");
		 return;
	 }

	 if (avcodec_open2(pCodecCtx, pCodec, NULL) < 0) {
		 LOGE("Could not open codec.");
		 return;
	 }

	 pFrame = av_frame_alloc();
	 if (!pFrame) {
		 LOGE("Could not allocate video frame.");
		 return;
	 }
 }

 void Java_com_example_myapp_MyNativeLib_decodeAndCallback(JNIEnv *env, jobject obj) {
	 while (av_read_frame(pFormatCtx, &packet) >= 0) {
		 if (packet.stream_index == videoStream) {
			 int ret = avcodec_send_packet(pCodecCtx, &packet);
			 if (ret < 0) {
				 LOGE("Error sending a packet for decoding.");
				 av_packet_unref(&packet);
				 continue;
			 }

			 while (ret >= 0) {
				 ret = avcodec_receive_frame(pCodecCtx, pFrame);
				 if (ret == AVERROR(EAGAIN) || ret == AVERROR_EOF) {
					 break;
				 } else if (ret < 0) {
					 LOGE("Error during decoding.");
					 break;
				 }

				 // 将解码后的帧转换为 YUV 格式
				 if (img_convert_ctx == NULL) {
					 img_convert_ctx = sws_getContext(pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,
													   pCodecCtx->pix_fmt, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height,
													   AV_PIX_FMT_YUV420P, SWS_BICUBIC, NULL, NULL, NULL);
					 if (!img_convert_ctx) {
						 LOGE("Could not initialize the conversion context.");
						 return;
					 }
				 }

				 AVFrame *yuvFrame = av_frame_alloc();
				 if (!yuvFrame) {
					 LOGE("Could not allocate YUV frame.");
					 return;
				 }

				 yuvFrame->format = AV_PIX_FMT_YUV420P;
				 yuvFrame->width = pCodecCtx->width;
				 yuvFrame->height = pCodecCtx->height;

				 int bufferSize = av_image_get_buffer_size(AV_PIX_FMT_YUV420P, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 1);
				 uint8_t *buffer = (uint8_t *)av_malloc(bufferSize);
				 av_image_fill_arrays(yuvFrame->data, yuvFrame->linesize, buffer, AV_PIX_FMT_YUV420P, pCodecCtx->width, pCodecCtx->height, 1);

				 sws_scale(img_convert_ctx, (const uint8_t *const *)pFrame->data, pFrame->linesize, 0, pCodecCtx->height, yuvFrame->data, yuvFrame->linesize);

				 // 回调 YUV 数据到 Java 层
				 (*env)->CallVoidMethod(env, yuvCallbackObj, yuvCallbackMethod, buffer, bufferSize);

				 av_free(buffer);
				 av_frame_free(&yuvFrame);
			 }
		 }

		 av_packet_unref(&packet);
	 }
 }

 void Java_com_example_myapp_MyNativeLib_release(JNIEnv *env, jobject obj) {
	 if (pFormatCtx) {
		 avformat_close_input(&pFormatCtx);
	 }

	 if (pCodecCtx) {
		 avcodec_close(pCodecCtx);
		 avcodec_free_context(&pCodecCtx);
	 }

	 if (pFrame) {
		 av_frame_free(&pFrame);
	 }

	 if (img_convert_ctx) {
		 sws_freeContext(img_convert_ctx);
	 }

	 (*env)->DeleteGlobalRef(env, yuvCallbackObj);
 }

SmartPlayer

SmartPlayer是大牛直播SDK旗下全自研内核，行业内一致认可的跨平台RTSP、RTMP直播播放器SDK，功能齐全、高稳定、超低延迟，超低资源占用，适用于安防、教育、单兵指挥等行业。

功能设计如下：

[支持播放协议]高稳定、超低延迟、业内首屈一指的RTSP直播播放器SDK；
[多实例播放]支持多实例播放；
[事件回调]支持网络状态、buffer状态等回调；
[视频格式]支持H.265、H.264，此外，还支持RTSP MJPEG播放；
[音频格式]支持AAC/PCMA/PCMU；
[H.264/H.265软解码]支持H.264/H.265软解；
[H.264硬解码]Windows/Android/iOS支持特定机型H.264硬解；
[H.265硬解]Windows/Android/iOS支持特定机型H.265硬解；
[H.264/H.265硬解码]Android支持设置Surface模式硬解和普通模式硬解码；
[RTSP模式设置]支持RTSP TCP/UDP模式设置；
[RTSP TCP/UDP自动切换]支持RTSP TCP、UDP模式自动切换；
[RTSP超时设置]支持RTSP超时时间设置，单位：秒；
[RTSP 401认证处理]支持上报RTSP 401事件，如URL携带鉴权信息，会自动处理；
[缓冲时间设置]支持buffer time设置；
[首屏秒开]支持首屏秒开模式；
[复杂网络处理]支持断网重连等各种网络环境自动适配；
[快速切换URL]支持播放过程中，快速切换其他URL，内容切换更快；
[音视频多种render机制]Android平台，视频：surfaceview/OpenGL ES，音频：AudioTrack/OpenSL ES；
[实时静音]支持播放过程中，实时静音/取消静音；
[实时音量调节]支持播放过程中实时调节音量；
[实时快照]支持播放过程中截取当前播放画面；
[只播关键帧]Windows平台支持实时设置是否只播放关键帧；
[渲染角度]支持0°，90°，180°和270°四个视频画面渲染角度设置；
[渲染镜像]支持水平反转、垂直反转模式设置；
[等比例缩放]支持图像等比例缩放绘制(Android设置surface模式硬解模式不支持)；
[实时下载速度更新]支持当前下载速度实时回调(支持设置回调时间间隔)；
[解码前视频数据回调]支持H.264/H.265数据回调；
[解码后视频数据回调]支持解码后YUV/RGB数据回调；
[解码前音频数据回调]支持AAC/PCMA/PCMU数据回调；
[音视频自适应]支持播放过程中，音视频信息改变后自适应；
[扩展录像功能]完美支持和录像SDK组合使用。

播放之前，设置YUV数据回调：

/*
 * SmartPlayer.java
 * Copyright © 2014~2024 daniusdk.com All rights reserved.
 */
private boolean StartPlay()
{
	if(isPlaying)
		return false;

	if(!isPulling)
	{
		if (!OpenPullHandle())
			return false;
	}

	// 如果第二个参数设置为null，则播放纯音频
	libPlayer.SmartPlayerSetSurface(player_handle_, sSurfaceView);
	//libPlayer.SmartPlayerSetSurface(player_handle_, null);

	libPlayer.SmartPlayerSetRenderScaleMode(player_handle_, 1);

	if(video_opt_ == 3)
	{
		libPlayer.SmartPlayerSetExternalRender(player_handle_, new I420ExternalRender(publisher_array_));
	}

	//libPlayer.SmartPlayerSetExternalAudioOutput(player_handle_, new PlayerExternalPCMOutput(stream_publisher_));

	libPlayer.SmartPlayerSetFastStartup(player_handle_, isFastStartup ? 1 : 0);

	libPlayer.SmartPlayerSetAudioOutputType(player_handle_, 1);

	if (isMute) {
		libPlayer.SmartPlayerSetMute(player_handle_, isMute ? 1	: 0);
	}

	if (isHardwareDecoder)
	{
		int isSupportH264HwDecoder = libPlayer.SetSmartPlayerVideoHWDecoder(player_handle_, 1);

		int isSupportHevcHwDecoder = libPlayer.SetSmartPlayerVideoHevcHWDecoder(player_handle_, 1);

		Log.i(TAG, "isSupportH264HwDecoder: " + isSupportH264HwDecoder + ", isSupportHevcHwDecoder: " + isSupportHevcHwDecoder);
	}

	libPlayer.SmartPlayerSetLowLatencyMode(player_handle_, isLowLatency ? 1	: 0);

	libPlayer.SmartPlayerSetRotation(player_handle_, rotate_degrees);

	int iPlaybackRet = libPlayer.SmartPlayerStartPlay(player_handle_);

	if (iPlaybackRet != 0 && !isPulling) {
		Log.e(TAG, "StartPlay failed!");

		releasePlayerHandle();
		return false;
	}

	isPlaying = true;


	return true;
}

YUV数据回调上层实现：

private static class I420ExternalRender implements NTExternalRender {
	// public static final int NT_FRAME_FORMAT_RGBA = 1;
	// public static final int NT_FRAME_FORMAT_ABGR = 2;
	// public static final int NT_FRAME_FORMAT_I420 = 3;
	private WeakReference<LibPublisherWrapper> publisher_;
	private ArrayList<WeakReference<LibPublisherWrapper> > publisher_list_;

	private int width_;
	private int height_;

	private int y_row_bytes_;
	private int u_row_bytes_;
	private int v_row_bytes_;

	private ByteBuffer y_buffer_;
	private ByteBuffer u_buffer_;
	private ByteBuffer v_buffer_;

	public I420ExternalRender(LibPublisherWrapper publisher) {
		if (publisher != null)
			publisher_ = new WeakReference<>(publisher);
	}

	public I420ExternalRender(LibPublisherWrapper[] publisher_list) {
		if (publisher_list != null && publisher_list.length > 0) {
			for (LibPublisherWrapper i : publisher_list) {
				if (i != null) {
					if (null == publisher_list_)
						publisher_list_ = new ArrayList<>();

					publisher_list_.add(new WeakReference<>(i));
				}
			}
		}
	}

	private final List<LibPublisherWrapper> get_publisher_list() {
		if (null == publisher_list_ || publisher_list_.isEmpty())
			return null;

		ArrayList<LibPublisherWrapper> list = new ArrayList<>(publisher_list_.size());
		for (WeakReference<LibPublisherWrapper> i : publisher_list_) {
			if (i != null) {
				LibPublisherWrapper o = i.get();
				if (o != null && !o.empty())
					list.add(o);
			}
		}

		return list;
	}

	@Override
	public int getNTFrameFormat() {
		Log.i(TAG, "I420ExternalRender::getNTFrameFormat return "
				+ NT_FRAME_FORMAT_I420);
		return NT_FRAME_FORMAT_I420;
	}

	private static int align(int d, int a) { return (d + (a - 1)) & ~(a - 1); }

	@Override
	public void onNTFrameSizeChanged(int width, int height) {
		width_ = width;
		height_ = height;

		y_row_bytes_ = width;
		u_row_bytes_ = (width+1)/2;
		v_row_bytes_ = (width+1)/2;

		y_buffer_ = ByteBuffer.allocateDirect(y_row_bytes_*height_);
		u_buffer_ = ByteBuffer.allocateDirect(u_row_bytes_*((height_ + 1) / 2));
		v_buffer_ = ByteBuffer.allocateDirect(v_row_bytes_*((height_ + 1) / 2));

	}

	@Override
	public ByteBuffer getNTPlaneByteBuffer(int index) {
		switch (index) {
			case 0:
				return y_buffer_;
			case 1:
				return u_buffer_;
			case 2:
				return v_buffer_;
			default:
				Log.e(TAG, "I420ExternalRender::getNTPlaneByteBuffer index error:" + index);
				return null;
		}
	}

	@Override
	public int getNTPlanePerRowBytes(int index) {
		switch (index) {
			case 0:
				return y_row_bytes_;
			case 1:
				return u_row_bytes_;
			case 2:
				return v_row_bytes_;
			default:
				Log.e(TAG, "I420ExternalRender::getNTPlanePerRowBytes index error:" + index);
				return 0;
		}
	}

	public void onNTRenderFrame(int width, int height, long timestamp)
	{
		if (null == y_buffer_ || null == u_buffer_ || null == v_buffer_)
			return;

		Log.i(TAG, "I420ExternalRender::onNTRenderFrame " + width + "*" + height + ", t:" + timestamp);


		y_buffer_.rewind();
		u_buffer_.rewind();
		v_buffer_.rewind();

		List<LibPublisherWrapper> publisher_list = get_publisher_list();
		if (null == publisher_list || publisher_list.isEmpty())
			return;

		for (LibPublisherWrapper i : publisher_list) {
			i.PostLayerImageI420ByteBuffer(0, 0, 0,
					y_buffer_, 0, y_row_bytes_,
					u_buffer_, 0, u_row_bytes_,
					v_buffer_, 0, v_row_bytes_,
					width_, height_, 0, 0,
					0,0, 0,0);
		}

	}
}

总结

Android平台RTSP、RTMP播放器回调yuv数据，意义非常重大，既保证了低延迟传输解码，又可以通过回调解码后数据，高效率的投递给AI算法，实现视觉处理。ffmpeg实现还是SmartPlayer，各有利弊，感兴趣的开发者，可以单独跟我探讨。

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