Android实现录屏直播(一)ScreenRecorder的简单分析

应项目需求瞄准了Bilibili的录屏直播功能,基本就仿着做一个吧。研究后发现Bilibili是使用的MediaProjection 与 VirtualDisplay结合实现的,需要 Android 5.0 Lollipop API 21以上的系统才能使用。

其实官方提供的android-ScreenCapture这个Sample中已经有了MediaRecorder的实现与使用方式,还有使用MediaRecorder实现的录制屏幕到本地文件的Demo,从中我们都能了解这些API的使用。

而如果需要直播推流的话就需要自定义MediaCodec,再从MediaCodec进行编码后获取编码后的帧,免去了我们进行原始帧的采集的步骤省了不少事。可是问题来了,因为之前没有仔细了解H264文件的结构与FLV封装的相关技术,其中爬了不少坑,此后我会一一记录下来,希望对用到的朋友有帮助。

项目中对我参考意义最大的一个Demo是网友Yrom的GitHub项目ScreenRecorder,Demo中实现了录屏并将视频流存为本地的MP4文件(咳咳,其实Yrom就是Bilibili的员工吧?( ゜- ゜)つロ)😏。在此先大致分析一下该Demo的实现,之后我会再说明我的实现方式。

ScreenRecorder

具体的原理在Demo的README中已经说得很明白了:

  • Display 可以“投影”到一个 VirtualDisplay
  • 通过 MediaProjectionManager 取得的 MediaProjection创建VirtualDisplay
  • VirtualDisplay 会将图像渲染到 Surface中,而这个Surface是由MediaCodec所创建的
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> mEncoder = MediaCodec.createEncoderByType(MIME_TYPE);
> ...
> mSurface = mEncoder.createInputSurface();
> ...
> mVirtualDisplay = mMediaProjection.createVirtualDisplay(name, mWidth, mHeight, mDpi, DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_PUBLIC, mSurface, null, null);
>

>

  • MediaMuxer 将从 MediaCodec 得到的图像元数据封装并输出到MP4文件中
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> int index = mEncoder.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, TIMEOUT_US);
> ...
> ByteBuffer encodedData = mEncoder.getOutputBuffer(index);
> ...
> mMuxer.writeSampleData(mVideoTrackIndex, encodedData, mBufferInfo);
>
>

>

所以其实在Android 4.4上可以通过DisplayManager来创建VirtualDisplay也是可以实现录屏,但因为权限限制需要ROOT。 (see DisplayManager.createVirtualDisplay())

Demo很简单,两个Java文件:

  • MainActivity.java
  • ScreenRecorder.java

MainActivity

类中仅仅是实现的入口,最重要的方法是onActivityResult,因为MediaProjection就需要从该方法开启。但是别忘了先进行MediaProjectionManager的初始化

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@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {
MediaProjection mediaProjection = mMediaProjectionManager.getMediaProjection(resultCode, data);
if (mediaProjection == null) {
Log.e("@@", "media projection is null");
return;
}
// video size
final int width = 1280;
final int height = 720;
File file = new File(Environment.getExternalStorageDirectory(),
"record-" + width + "x" + height + "-" + System.currentTimeMillis() + ".mp4");
final int bitrate = 6000000;
mRecorder = new ScreenRecorder(width, height, bitrate, 1, mediaProjection, file.getAbsolutePath());
mRecorder.start();
mButton.setText("Stop Recorder");
Toast.makeText(this, "Screen recorder is running...", Toast.LENGTH_SHORT).show();
moveTaskToBack(true);
}

ScreenRecorder

这是一个线程,结构很清晰,run()方法中完成了MediaCodec的初始化,VirtualDisplay的创建,以及循环进行编码的全部实现。

线程主体

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 @Override
public void run() {
try {
try {
prepareEncoder();
mMuxer = new MediaMuxer(mDstPath, MediaMuxer.OutputFormat.MUXER_OUTPUT_MPEG_4);
} catch (IOException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
mVirtualDisplay = mMediaProjection.createVirtualDisplay(TAG + "-display",
mWidth, mHeight, mDpi, DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_PUBLIC,
mSurface, null, null);
Log.d(TAG, "created virtual display: " + mVirtualDisplay);
recordVirtualDisplay();
} finally {
release();
}
}

MediaCodec的初始化

方法中进行了编码器的参数配置与启动、Surface的创建两个关键的步骤

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private void prepareEncoder() throws IOException {
MediaFormat format = MediaFormat.createVideoFormat(MIME_TYPE, mWidth, mHeight);
format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT,
MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface); // 录屏必须配置的参数
format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, mBitRate);
format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, FRAME_RATE);
format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, IFRAME_INTERVAL);
Log.d(TAG, "created video format: " + format);
mEncoder = MediaCodec.createEncoderByType(MIME_TYPE);
mEncoder.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
mSurface = mEncoder.createInputSurface(); // 需要在createEncoderByType之后和start()之前才能创建,源码注释写的很清楚
Log.d(TAG, "created input surface: " + mSurface);
mEncoder.start();
}

编码器实现循环编码

下面的代码就是编码过程,由于作者使用的是Muxer来进行视频的采集,所以在resetOutputFormat方法中实际意义是将编码后的视频参数信息传递给Muxer并启动Muxer。

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private void recordVirtualDisplay() {
while (!mQuit.get()) {
int index = mEncoder.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, TIMEOUT_US);
Log.i(TAG, "dequeue output buffer index=" + index);
if (index == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
resetOutputFormat();
} else if (index == MediaCodec.INFO_TRY_AGAIN_LATER) {
Log.d(TAG, "retrieving buffers time out!");
try {
// wait 10ms
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
}
} else if (index >= 0) {
if (!mMuxerStarted) {
throw new IllegalStateException("MediaMuxer dose not call addTrack(format) ");
}
encodeToVideoTrack(index);
mEncoder.releaseOutputBuffer(index, false);
}
}
}
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private void resetOutputFormat() {
// should happen before receiving buffers, and should only happen once
if (mMuxerStarted) {
throw new IllegalStateException("output format already changed!");
}
MediaFormat newFormat = mEncoder.getOutputFormat();
// 在此也可以进行sps与pps的获取,获取方式参见方法getSpsPpsByteBuffer()
Log.i(TAG, "output format changed.\n new format: " + newFormat.toString());
mVideoTrackIndex = mMuxer.addTrack(newFormat);
mMuxer.start();
mMuxerStarted = true;
Log.i(TAG, "started media muxer, videoIndex=" + mVideoTrackIndex);
}

获取sps pps的ByteBuffer,注意此处的sps pps都是read-only只读状态

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private void getSpsPpsByteBuffer(MediaFormat newFormat) {
ByteBuffer rawSps = newFormat.getByteBuffer("csd-0");
ByteBuffer rawPps = newFormat.getByteBuffer("csd-1");
}

录屏视频帧的编码过程

BufferInfo.flags表示当前编码的信息,如源码注释:

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 /**
* This indicates that the (encoded) buffer marked as such contains
* the data for a key frame.
*/

public static final int BUFFER_FLAG_KEY_FRAME = 1; // 关键帧

/**
* This indicated that the buffer marked as such contains codec
* initialization / codec specific data instead of media data.
*/

public static final int BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG = 2; // 该状态表示当前数据是avcc,可以在此获取sps pps

/**
* This signals the end of stream, i.e. no buffers will be available
* after this, unless of course, {@link #flush} follows.
*/

public static final int BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM = 4;

实现编码:

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private void encodeToVideoTrack(int index) {
ByteBuffer encodedData = mEncoder.getOutputBuffer(index);
if ((mBufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) != 0) {
// The codec config data was pulled out and fed to the muxer when we got
// the INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED status.
// Ignore it.
// 大致意思就是配置信息(avcc)已经在之前的resetOutputFormat()中喂给了Muxer,此处已经用不到了,然而在我的项目中这一步却是十分重要的一步,因为我需要手动提前实现sps, pps的合成发送给流媒体服务器
Log.d(TAG, "ignoring BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG");
mBufferInfo.size = 0;
}
if (mBufferInfo.size == 0) {
Log.d(TAG, "info.size == 0, drop it.");
encodedData = null;
} else {
Log.d(TAG, "got buffer, info: size=" + mBufferInfo.size
+ ", presentationTimeUs=" + mBufferInfo.presentationTimeUs
+ ", offset=" + mBufferInfo.offset);
}
if (encodedData != null) {
encodedData.position(mBufferInfo.offset);
encodedData.limit(mBufferInfo.offset + mBufferInfo.size); // encodedData是编码后的视频帧,但注意作者在此并没有进行关键帧与普通视频帧的区别,统一将数据写入Muxer
mMuxer.writeSampleData(mVideoTrackIndex, encodedData, mBufferInfo);
Log.i(TAG, "sent " + mBufferInfo.size + " bytes to muxer...");
}
}

以上就是对ScreenRecorder这个Demo的大体分析,由于总结时间仓促,很多细节部分我也没有进行深入的发掘研究,所以请大家抱着怀疑的态度阅读,如果说明有误或是理解不到位的地方,希望大家帮忙指出,谢谢!