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Android NDK 直播推流与引流

字节流动 | 263 2021-06-01 18:35 0 0 0
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阅读本文大概需要 3.39 分钟。


本篇介绍一下直播技术中推流与引流的简单实现。


1. 流媒体服务器测试


首先利用快直播 app （其他支持 RTMP 推流与引流的 app 亦可）和 ffplay.exe 对流媒体服务器进行测试。


快直播 app 下载地址：

https://apkpure.biz/cn.nodemedia.qlive/%E5%BF%AB%E7%9B%B4%E6%92%AD  


快直播的推流界面和引流界面：



Windows 下利用 ffplay 进行引流，命令行执行：


ffplay rtmp://192.168.0.0/live/test  
# ip 地址换成流媒体服务器的地址， test 表示直播房间号


测试结果：



2. 推流


本文直播推流步骤：
- 使用 AudioRecord 采集音频，使用 Camera API 采集视频数据
- 分别使用 faac 和 xh264 第三方库在 Native 层对音频和视频进行编码
- 利用 rtmp-dump 第三方库进行打包和推流


工程目录：



主要的 JNI 方法：


public class NativePush {

    public native void startPush(String url);

    public native void stopPush();

    public native void release();

    /**
     * 设置视频参数
     * @param width
     * @param height
     * @param bitrate
     * @param fps
     */
    public native void setVideoOptions(int width, int height, int bitrate, int fps);

    /**
     * 设置音频参数
     * @param sampleRateInHz
     * @param channel
     */
    public native void setAudioOptions(int sampleRateInHz, int channel);


    /**
     * 发送视频数据
     * @param data
     */
    public native void fireVideo(byte[] data);

    /**
     * 发送音频数据
     * @param data
     * @param len
     */
    public native void fireAudio(byte[] data, int len);

}


视频采集
视频采集主要基于 Camera 相关 API ，利用 SurfaceView 进行预览，通过 PreviewCallback 获取相机预览数据。


视频预览主要代码实现：


  public void startPreview(){
        try {
            mCamera = Camera.open(mVideoParams.getCameraId());
            Camera.Parameters param = mCamera.getParameters();

            List<Camera.Size> previewSizes = param.getSupportedPreviewSizes();
            int length = previewSizes.size();
            for (int i = 0; i < length; i++) {
                Log.i(TAG, "SupportedPreviewSizes : " + previewSizes.get(i).width + "x" + previewSizes.get(i).height);
            }

            mVideoParams.setWidth(previewSizes.get(0).width);
            mVideoParams.setHeight(previewSizes.get(0).height);

            param.setPreviewFormat(ImageFormat.NV21);
            param.setPreviewSize(mVideoParams.getWidth(), mVideoParams.getHeight());

            mCamera.setParameters(param);
            //mCamera.setDisplayOrientation(90); // 竖屏
            mCamera.setPreviewDisplay(mSurfaceHolder);

            buffer = new byte[mVideoParams.getWidth() * mVideoParams.getHeight() * 4];
            mCamera.addCallbackBuffer(buffer);
            mCamera.setPreviewCallbackWithBuffer(this);

            mCamera.startPreview();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


利用 FrameCallback 获取预览数据传入 Native 层，然后进行编码：


   @Override
    public void onPreviewFrame(byte[] bytes, Camera camera) {
        if (mCamera != null) {
            mCamera.addCallbackBuffer(buffer);
        }

        if (mIsPushing) {
            mNativePush.fireVideo(bytes);
        }

    }


音频采集
音频采集基于 AudioRecord 实现，在一个子线程采集音频 PCM 数据，并将数据不断传入 Native 层进行编码。


   private class AudioRecordRunnable implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            mAudioRecord.startRecording();
            while (mIsPushing) {
                //通过AudioRecord不断读取音频数据
                byte[] buffer = new byte[mMinBufferSize];
                int length = mAudioRecord.read(buffer, 0, buffer.length);
                if (length > 0) {
                    //传递给 Native 代码，进行音频编码
                    mNativePush.fireAudio(buffer, length);
                }
            }
        }
    }


编码和推流
音视频数据编码和推流在 Native 层实现，首先添加 faac ， x264 ， librtmp 第三方库到 AS 工程，然后初始化相关设置，基于生产者与消费者模式，将编码后的音视频数据，在生产者线程中打包 RTMPPacket 放入双向链表，在消费者线程中从链表中取 RTMPPacket ，通过 RTMP_SendPacket 方法发送给服务器。

x264 初始化：


JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_haohao_live_jni_NativePush_setVideoOptions(JNIEnv *env, jobject instance, jint width,
                                                    jint height, jint bitRate, jint fps) {

    x264_param_t param;
    //x264_param_default_preset 设置
    x264_param_default_preset(&param, "ultrafast", "zerolatency");
    //编码输入的像素格式YUV420P
    param.i_csp = X264_CSP_I420;
    param.i_width = width;
    param.i_height = height;

    y_len = width * height;
    u_len = y_len / 4;
    v_len = u_len;

    //参数i_rc_method表示码率控制，CQP(恒定质量)，CRF(恒定码率)，ABR(平均码率)
    //恒定码率，会尽量控制在固定码率
    param.rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
    param.rc.i_bitrate = bitRate / 1000; //* 码率(比特率,单位Kbps)
    param.rc.i_vbv_max_bitrate = bitRate / 1000 * 1.2; //瞬时最大码率

    //码率控制不通过timebase和timestamp，而是fps
    param.b_vfr_input = 0;
    param.i_fps_num = fps; //* 帧率分子
    param.i_fps_den = 1; //* 帧率分母
    param.i_timebase_den = param.i_fps_num;
    param.i_timebase_num = param.i_fps_den;
    param.i_threads = 1;//并行编码线程数量，0默认为多线程

    //是否把SPS和PPS放入每一个关键帧
    //SPS Sequence Parameter Set 序列参数集，PPS Picture Parameter Set 图像参数集
    //为了提高图像的纠错能力
    param.b_repeat_headers = 1;
    //设置Level级别
    param.i_level_idc = 51;
    //设置Profile档次
    //baseline级别，没有B帧,只有 I 帧和 P 帧
    x264_param_apply_profile(&param, "baseline");

    //x264_picture_t（输入图像）初始化
    x264_picture_alloc(&pic_in, param.i_csp, param.i_width, param.i_height);
    pic_in.i_pts = 0;
    //打开编码器
    video_encode_handle = x264_encoder_open(&param);
    if (video_encode_handle) {
        LOGI("打开视频编码器成功");
    } else {
        throwNativeError(env, INIT_FAILED);
    }
}


faac 初始化：


JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_byteflow_live_jni_NativePush_setAudioOptions(JNIEnv *env, jobject instance,
                                                    jint sampleRateInHz, jint channel) {
    audio_encode_handle = faacEncOpen(sampleRateInHz, channel, &nInputSamples,
                                      &nMaxOutputBytes);
    if (!audio_encode_handle) {
        LOGE("音频编码器打开失败");
        return;
    }
    //设置音频编码参数
    faacEncConfigurationPtr p_config = faacEncGetCurrentConfiguration(audio_encode_handle);
    p_config->mpegVersion = MPEG4;
    p_config->allowMidside = 1;
    p_config->aacObjectType = LOW;
    p_config->outputFormat = 0; //输出是否包含ADTS头
    p_config->useTns = 1; //时域噪音控制,大概就是消爆音
    p_config->useLfe = 0;
//    p_config->inputFormat = FAAC_INPUT_16BIT;
    p_config->quantqual = 100;
    p_config->bandWidth = 0; //频宽
    p_config->shortctl = SHORTCTL_NORMAL;

    if (!faacEncSetConfiguration(audio_encode_handle, p_config)) {
        LOGE("%s", "音频编码器配置失败..");
        throwNativeError(env, INIT_FAILED);
        return;
    }

    LOGI("%s", "音频编码器配置成功");
}


对视频数据进行编码打包，通过 add_rtmp_packet 放入链表：


JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_byteflow_live_jni_NativePush_fireVideo(JNIEnv *env, jobject instance, jbyteArray buffer_) {
    //视频数据转为YUV420P
    //NV21->YUV420P
    jbyte *nv21_buffer = (*env)->GetByteArrayElements(env, buffer_, NULL);
    jbyte *u = pic_in.img.plane[1];
    jbyte *v = pic_in.img.plane[2];
    //nv21 4:2:0 Formats, 12 Bits per Pixel
    //nv21与yuv420p，y个数一致，uv位置对调
    //nv21转yuv420p  y = w*h,u/v=w*h/4
    //nv21 = yvu yuv420p=yuv y=y u=y+1+1 v=y+1
    //如果要进行图像处理（美颜），可以再转换为RGB
    //还可以结合OpenCV识别人脸等等
    memcpy(pic_in.img.plane[0], nv21_buffer, y_len);
    int i;
    for (i = 0; i < u_len; i++) {
        *(u + i) = *(nv21_buffer + y_len + i * 2 + 1);
        *(v + i) = *(nv21_buffer + y_len + i * 2);
    }

    //h264编码得到NALU数组
    x264_nal_t *nal = NULL; //NAL
    int n_nal = -1; //NALU的个数
    //进行h264编码
    if (x264_encoder_encode(video_encode_handle, &nal, &n_nal, &pic_in, &pic_out) < 0) {
        LOGE("%s", "编码失败");
        return;
    }
    //使用rtmp协议将h264编码的视频数据发送给流媒体服务器
    //帧分为关键帧和普通帧，为了提高画面的纠错率，关键帧应包含SPS和PPS数据
    int sps_len, pps_len;
    unsigned char sps[100];
    unsigned char pps[100];
    memset(sps, 0, 100);
    memset(pps, 0, 100);
    pic_in.i_pts += 1; //顺序累加
    //遍历NALU数组，根据NALU的类型判断
    for (i = 0; i < n_nal; i++) {
        if (nal[i].i_type == NAL_SPS) {
            //复制SPS数据，序列参数集(Sequence parameter set)
            sps_len = nal[i].i_payload - 4;
            memcpy(sps, nal[i].p_payload + 4, sps_len); //不复制四字节起始码
        } else if (nal[i].i_type == NAL_PPS) {
            //复制PPS数据，图像参数集（Picture parameter set）
            pps_len = nal[i].i_payload - 4;
            memcpy(pps, nal[i].p_payload + 4, pps_len); //不复制四字节起始码

            //发送序列信息
            //h264关键帧会包含SPS和PPS数据
            add_264_sequence_header(pps, sps, pps_len, sps_len);

        } else {
            //发送帧信息
            add_264_body(nal[i].p_payload, nal[i].i_payload);
        }

    }

    (*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buffer_, nv21_buffer, 0);
}


同样，对音频数据进行编码打包放入链表：


JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_byteflow_live_jni_NativePush_fireAudio(JNIEnv *env, jobject instance, jbyteArray buffer_,
                                              jint length) {
    int *pcmbuf;
    unsigned char *bitbuf;
    jbyte *b_buffer = (*env)->GetByteArrayElements(env, buffer_, 0);
    pcmbuf = (short *) malloc(nInputSamples * sizeof(int));
    bitbuf = (unsigned char *) malloc(nMaxOutputBytes * sizeof(unsigned char));
    int nByteCount = 0;
    unsigned int nBufferSize = (unsigned int) length / 2;
    unsigned short *buf = (unsigned short *) b_buffer;
    while (nByteCount < nBufferSize) {
        int audioLength = nInputSamples;
        if ((nByteCount + nInputSamples) >= nBufferSize) {
            audioLength = nBufferSize - nByteCount;
        }
        int i;
        for (i = 0; i < audioLength; i++) {//每次从实时的pcm音频队列中读出量化位数为8的pcm数据。
            int s = ((int16_t *) buf + nByteCount)[i];
            pcmbuf[i] = s << 8;//用8个二进制位来表示一个采样量化点（模数转换）
        }
        nByteCount += nInputSamples;
        //利用FAAC进行编码，pcmbuf为转换后的pcm流数据，audioLength为调用faacEncOpen时得到的输入采样数，bitbuf为编码后的数据buff，nMaxOutputBytes为调用faacEncOpen时得到的最大输出字节数
        int byteslen = faacEncEncode(audio_encode_handle, pcmbuf, audioLength,
                                     bitbuf, nMaxOutputBytes);
        if (byteslen < 1) {
            continue;
        }
        add_aac_body(bitbuf, byteslen);//从bitbuf中得到编码后的aac数据流，放到数据队列
    }
    if (bitbuf)
        free(bitbuf);
    if (pcmbuf)
        free(pcmbuf);

    (*env)->ReleaseByteArrayElements(env, buffer_, b_buffer, 0);
}


消费者线程不断从链表中取 RTMPPacket 发送给服务器：


void *push_thread(void *arg) {
    JNIEnv *env;//获取当前线程JNIEnv
    (*javaVM)->AttachCurrentThread(javaVM, &env, NULL);

    //建立RTMP连接
    RTMP *rtmp = RTMP_Alloc();
    if (!rtmp) {
        LOGE("rtmp初始化失败");
        goto end;
    }
    RTMP_Init(rtmp);
    rtmp->Link.timeout = 5; //连接超时的时间
    //设置流媒体地址
    RTMP_SetupURL(rtmp, rtmp_path);
    //发布rtmp数据流
    RTMP_EnableWrite(rtmp);
    //建立连接
    if (!RTMP_Connect(rtmp, NULL)) {
        LOGE("%s", "RTMP 连接失败");
        throwNativeError(env, CONNECT_FAILED);
        goto end;
    }
    //计时
    start_time = RTMP_GetTime();
    if (!RTMP_ConnectStream(rtmp, 0)) { //连接流
        LOGE("%s", "RTMP ConnectStream failed");
        throwNativeError(env, CONNECT_FAILED);
        goto end;
    }
    is_pushing = TRUE;
    //发送AAC头信息
    add_aac_sequence_header();

    while (is_pushing) {
        //发送
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        pthread_cond_wait(&cond, &mutex);
        //取出队列中的RTMPPacket
        RTMPPacket *packet = queue_get_first();
        if (packet) {
            queue_delete_first(); //移除
            packet->m_nInfoField2 = rtmp->m_stream_id; //RTMP协议，stream_id数据
            int i = RTMP_SendPacket(rtmp, packet, TRUE); //TRUE放入librtmp队列中，并不是立即发送
            if (!i) {
                LOGE("RTMP 断开");
                RTMPPacket_Free(packet);
                pthread_mutex_unlock(&mutex);
                goto end;
            } else {
                LOGI("%s", "rtmp send packet");
            }
            RTMPPacket_Free(packet);
        }

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    end:
    LOGI("%s", "释放资源");
    free(rtmp_path);
    RTMP_Close(rtmp);
    RTMP_Free(rtmp);
    (*javaVM)->DetachCurrentThread(javaVM);
    return 0;
}


3. 引流


这里引流就不做展开讲，可以通过 QLive 的 SDK 或者 vitamio 等第三方库实现。


基于 vitamio 实现引流：


   private void init(){
        mVideoView = (VideoView) findViewById(R.id.live_player_view);
        mVideoView.setVideoPath(SPUtils.getInstance(this).getString(SPUtils.KEY_NGINX_SER_URI));
        mVideoView.setMediaController(new MediaController(this));
        mVideoView.requestFocus();

        mVideoView.setOnPreparedListener(new MediaPlayer.OnPreparedListener() {
            @Override
            public void onPrepared(MediaPlayer mp) {
                mp.setPlaybackSpeed(1.0f);
            }
        });

    }


4. 直播效果展示




    源码地址见阅读原文。




-- END --


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