Android APP 音视频（01）MediaCodec解码H264码流

说明：此MediaCodec解码H264实操主要针对Android12.0系统。通过读取sd卡上的H264码流Me获取视频数据，将数据通过mediacodec解码输出到surfaceview上。

1 H264码流和MediaCodec解码简介

1.1 H264码流简介

H.264，也被称为MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding），是一种广泛使用的数字视频压缩标准，主要用于视频编码。H.264标准由ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC动态图像专家组（MPEG）共同开发，旨在提供比之前的视频编码标准更高的数据压缩效率。

H.264是一种基于块的编码技术，它将视频帧分为多个宏块（Macroblocks，MBs），每个宏块包含亮度信息和色度信息。

关于H264码流相关概念还有：

帧类型，包括I、P、B三种类型，说明如下：

I帧（Intra-coded frames）：关键帧，不依赖其他帧进行解码，包含完整的图像信息。
P帧（Predictive-coded frames）：预测帧，依赖前一个I帧或P帧进行解码，包含相对于前一帧的差分信息。
B帧（Bidirectional predictive-coded frames）：双向预测帧，依赖前后两个帧进行解码，用于提高压缩效率。

编码过程：包括帧内预测（Intra prediction）、帧间预测（Inter prediction）、变换（Transform）、量化（Quantization）和熵编码（Entropy coding）等步骤。

码流结构：H.264码流由一系列的NAL单元（Network Abstraction Layer Units）组成，每个NAL单元包含一个头部和数据负载，头部定义了负载的类型和重要性。

等等概念，想要有更多了解，可查看以下文章，持续更新中：

系统化学习 H264视频编码（01）基础概念

系统化学习 H264视频编码（02） I帧 P帧 B帧引入及相关概念解读

系统化学习 H264视频编码（03）数据压缩流程及相关概念

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1.2 MediaCodec解码说明

MediaCodec 是 Android 提供的一个音视频编解码器类，允许应用程序对音频和视频数据进行编码（压缩）和解码（解压缩）。它在 Android 4.1（API 级别 16）版本中引入，广泛应用于处理音视频数据，如播放视频、录制音频等。

以下是 MediaCodec 解码的基本步骤：

创建 MediaCodec 实例：通过调用 MediaCodec.createDecoderByType 方法并传入解码类型（如 "video/avc" 或 "audio/mp4a-latm"）来创建解码器。
配置解码参数：通过调用 configure 方法配置解码器，传入解码参数如解码格式、输出格式等。
准备输出 Surface：为解码器准备输出 Surface。输出 Surface 用于接收解码后的数据，并显示在屏幕上。
开始解码：调用 start 方法启动解码器。
发送输入数据：将待解码的数据通过 write 方法发送到解码器的输入队列。
处理输出数据：监听输出队列，通过 dequeueOutputBuffer 方法获取解码后的数据，并将其显示在屏幕上。
停止解码：解码完成后，调用 stop 方法停止解码器。
释放资源：调用 release 方法释放解码器资源。

通过这些步骤，应用程序可以实现对视频和音频数据的高效编解码处理。针对本工程，主要通过从sd卡上读取h264码流，通过mediacodec解码视频并播放到surfaceview上。

2 MediaCodec解码H264码流代码完整解读(android Q)

2.1 关于权限部分的处理

关于权限，需要在AndroidManifest.xml中添加权限，具体如下所示：

<uses-permission android:name="android.permission.MANAGE_EXTERNAL_STORAGE"tools:ignore="ScopedStorage" />
<uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE"tools:ignore="ScopedStorage" />
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"tools:ignore="ScopedStorage" />

关于运行时权限的请求等，这里给出一个工具类参考代码，具体如下所示：

public class Permission {public static final int REQUEST_MANAGE_EXTERNAL_STORAGE = 1;//需要申请权限的数组private static final String[] permissions = {Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE,Manifest.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE,Manifest.permission.CAMERA};//保存真正需要去申请的权限private static final List<String> permissionList = new ArrayList<>();public static int RequestCode = 100;public static void requestManageExternalStoragePermission(Context context, Activity activity) {if (!Environment.isExternalStorageManager()) {showManageExternalStorageDialog(activity);}}private static void showManageExternalStorageDialog(Activity activity) {AlertDialog dialog = new AlertDialog.Builder(activity).setTitle("权限请求").setMessage("请开启文件访问权限，否则应用将无法正常使用。").setNegativeButton("取消", null).setPositiveButton("确定", (dialogInterface, i) -> {Intent intent = new Intent(Settings.ACTION_MANAGE_ALL_FILES_ACCESS_PERMISSION);activity.startActivityForResult(intent, REQUEST_MANAGE_EXTERNAL_STORAGE);}).create();dialog.show();}public static void checkPermissions(Activity activity) {for (String permission : permissions) {if (ContextCompat.checkSelfPermission(activity, permission) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {permissionList.add(permission);}}if (!permissionList.isEmpty()) {requestPermission(activity);}}public static void requestPermission(Activity activity) {ActivityCompat.requestPermissions(activity,permissionList.toArray(new String[0]),RequestCode);}
}

这样，如果后面又更多的权限，都可以使用该方法来处理，处理方式为：

Permission.checkPermissions(this);
Permission.requestManageExternalStoragePermission(getApplicationContext(), this);

2.2 解码的处理

关于解码部分，主要是MediaCodec的初始化、解码处理部分，代码如下所示：

public class H264Decoder implements  Runnable {private final String path;private final String TAG = "H264Decoder";MediaCodec mediaCodec;boolean enablePlay = false;public H264Decoder(String path, Surface surface, int width , int height) {this.path = path;try {mediaCodec = MediaCodec.createDecoderByType("video/avc");MediaFormat mediaformat = MediaFormat.createVideoFormat("video/avc", width, height);mediaformat.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 15);mediaCodec.configure(mediaformat, surface, null, 0);} catch (IOException e) {throw new RuntimeException(e);}}public void play() {enablePlay = true;mediaCodec.start();new Thread(this).start();}public void stop(){enablePlay = false;}@Overridepublic void run() {try {byte[] bytes = null;try {//注意：这里是从文件中一次性读H264取码流数据，因此不适合特别大的视频bytes = getBytes(path);} catch (Exception e) {throw new RuntimeException(e);}int startIndex = 0;MediaCodec.BufferInfo info = new MediaCodec.BufferInfo();while (enablePlay) {int nextFrameStart = findByFrame(bytes, startIndex+5, bytes.length);//MediaCodec输入缓冲区操作int inIndex =  mediaCodec.dequeueInputBuffer(10000);if (inIndex >= 0) {ByteBuffer byteBuffer = mediaCodec.getInputBuffer(inIndex);int length = nextFrameStart - startIndex;byteBuffer.put(bytes, startIndex, length);mediaCodec.queueInputBuffer(inIndex, 0, length, 0, 0);startIndex = nextFrameStart;}//MediaCodec输出缓冲区操作int outIndex =mediaCodec.dequeueOutputBuffer(info,10000);if (outIndex >= 0) {try {//这里延迟下，避免刷的过快Thread.sleep(40);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);}mediaCodec.releaseOutputBuffer(outIndex, true);}}} catch (Exception e) {Log.i(TAG, "run decoder error:"+e.toString());}}private int findByFrame( byte[] bytes, int start, int totalSize) {for (int i = start; i <= totalSize-4; i++) {//这里是一帧的结束符 00 00 00 01 或者 00 00 01if (((bytes[i] == 0x00) && (bytes[i + 1] == 0x00) && (bytes[i + 2] == 0x00) && (bytes[i + 3] == 0x01))||((bytes[i] == 0x00) && (bytes[i + 1] == 0x00) && (bytes[i + 2] == 0x01))) {return i;}}return -1;}public byte[] getBytes(String path) throws IOException {InputStream is = new DataInputStream(Files.newInputStream(new File(path).toPath()));int len;int size = 1024;byte[] buf;ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream();buf = new byte[size];while ((len = is.read(buf, 0, size)) != -1)bos.write(buf, 0, len);buf = bos.toByteArray();return buf;}
}

2.3 主流程代码参考实现

这里以 H264decoderActivity 为例，给出一个MediaCodec解码功能代码的参考实现。具体实现如下：

public class H264decoderActivity extends AppCompatActivity {H264Decoder h264Decoder;private final String TAG = "MainActivity";Context mContext;Surface surface;private boolean isPlaying = false; // 用于跟踪播放状态@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);EdgeToEdge.enable(this);mContext = this;setContentView(R.layout.h264_decode_activity_main);ViewCompat.setOnApplyWindowInsetsListener(findViewById(R.id.main), (v, insets) -> {Insets systemBars = insets.getInsets(WindowInsetsCompat.Type.systemBars());v.setPadding(systemBars.left, systemBars.top, systemBars.right, systemBars.bottom);return insets;});initSurface();Permission.checkPermissions(this);Permission.requestManageExternalStoragePermission(getApplicationContext(), this);Button playButton = findViewById(R.id.button);playButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(View view) {// 切换播放状态isPlaying = !isPlaying;// 根据播放状态更新按钮文本if (isPlaying) {playButton.setText(R.string.stopplay);//Environment.DIRECTORY_DOWNLOADS), "ags/out.h264").getAbsolutePath(),h264Decoder = new H264Decoder(new File(Environment.getExternalStoragePublicDirectory(Environment.DIRECTORY_DOWNLOADS), "ags/outputtest4.h264").getAbsolutePath(),surface,1280,720);h264Decoder.play();} else {playButton.setText(R.string.startplay);h264Decoder.stop();}}});}private void initSurface() {SurfaceView mSurface = findViewById(R.id.preview);mSurface.getHolder().addCallback(new SurfaceHolder.Callback() {@Overridepublic void surfaceCreated(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {Log.d(TAG,"surfaceCreated");surface=surfaceHolder.getSurface();}@Overridepublic void surfaceChanged(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder, int i, int i1, int i2) {Log.d(TAG,"surfaceChanged");}@Overridepublic void surfaceDestroyed(@NonNull SurfaceHolder surfaceHolder) {Log.d(TAG,"surfaceDestroyed");}});}
}

这里涉及的layout布局文件内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"android:id="@+id/main"android:layout_width="match_parent"android:layout_height="match_parent"tools:context=".MainActivity"><SurfaceViewandroid:id="@+id/preview"android:layout_width="372dp"android:layout_height="240dp"android:visibility="visible"app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" /><Buttonandroid:id="@+id/button"android:layout_width="wrap_content"android:layout_height="wrap_content"android:text="@string/playtest"app:layout_constraintTop_toBottomOf="@id/preview"app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"app:layout_constraintHorizontal_bias="0.5"tools:ignore="MissingConstraints" /></androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

2.4 解码 demo实现效果

这里是找一个mp4格式的测试视频，使用ffmpeg将mp4格式中的视频码流输出出来。使用命令为：

$ffmpeg -i inputtest.mp4 -vcodec libx264 -preset slow -b:v 2000k -crf 21 out.h264

将其push到sd卡上，完整路径为：/sdcard/Download/ags/outputtest4.h264。实际运行效果展示如下：