NuPlayer源码分析三：解码模块

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#NuPlayer #Android底层播放器 #解码

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本文围绕NuPlayer播放器的解码模块展开分析。该模块使用基类NuPlayerDecoderBase管理，实际解码靠MediaCodec。文中按解码器创建、填充数据到解码队列、渲染解码后的数据、释放解码器这几个步骤，详细剖析了NuPlayer解码模块的工作流程。

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解码模块

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解码模块

系列文章分为如下几个模块：

NuPlayer的解码模块相对比较简单，统一使用了一个基类NuPlayerDecoderBase管理，该类中包含了一个MediaCodec的对象，实际解码工作全靠MediaCodec。

如果你不会知道MediaCodec是什么，推荐去官网看看：MediaCodec

尽管解码工作都被MediaCodec接管，我还是会按照播放器的一般步骤，来分析一下NuPlayerDecoderBase。步骤如下：

一个Android播放器典型的播放步骤一般是：

播放器创建。
设置媒体源文件（本地文件路径、或者Uri）。
准备媒体数据。
播放视频。
停止播放。

对应于解码模块，会稍微简单一些：

NuPlayerDecoderBase：解码器创建
onInputBufferFetched：填充数据到解码队列
onRenderBuffer：渲染解码后的数据
~Decoder：释放解码器

解码器创建：NuPlayerDecoderBase

当前位置：

NuPlayerDecoderBase：解码器创建
onInputBufferFetched：填充数据到解码队列
onRenderBuffer：渲染解码后的数据
~Decoder：释放解码器

解码器创建的入口在NuPlayer的NuPlayer::instantiateDecoder函数调用时。NuPlayer在执行start函数后，会通过一系列调用链，触发该函数。来具体分析一下该函数。

// 参数部分：audio true调用者想要创建音频解码器， false 想要创建视频解码器
// 参数部分：*decoder 该函数最终会创建指定解码器，使用该函数将解码器对象地址提供给调用者
status_t NuPlayer::instantiateDecoder(
        bool audio, sp<DecoderBase> *decoder, bool checkAudioModeChange) {
    sp<AMessage> format = mSource->getFormat(audio); // 其实就是GenericSource中的MetaData
    format->setInt32("priority", 0 /* realtime */);

    if (!audio) { // 视频
        // 总要丢掉一些代码的
            mCCDecoder = new CCDecoder(ccNotify); // 创建字幕解码器
    }
	// 创建音/视频解码器
    if (audio) { // 音频
        // ...
            *decoder = new Decoder(notify, mSource, mPID, mUID, mRenderer);
        // ...
    } else { // 视频
		// ...
        *decoder = new Decoder(
                notify, mSource, mPID, mUID, mRenderer, mSurface, mCCDecoder);
		// ...
    }
    (*decoder)->init();
    (*decoder)->configure(format);

    if (!audio) { // 视频
        sp<AMessage> params = new AMessage();
        float rate = getFrameRate();
        if (rate > 0) {
            params->setFloat("frame-rate-total", rate);
        }
		// ...
        if (params->countEntries() > 0) {
            (*decoder)->setParameters(params);
        }
    }
    return OK;
}

删删减减去掉了大量代码，留下来我感兴趣的。

先来说说，Decoder实际上是继承于DecoderBase的。

Decoder前者的定义如下：

struct NuPlayer::Decoder : public DecoderBase {
    Decoder(const sp<AMessage> &notify,
            const sp<Source> &source,
            pid_t pid,
            uid_t uid,
            const sp<Renderer> &renderer = NULL,
            const sp<Surface> &surface = NULL,
            const sp<CCDecoder> &ccDecoder = NULL);
    // 自然又是删掉很多代码
protected:
    virtual ~Decoder();

DecoderBase的定义如下：

struct ABuffer;
struct MediaCodec;
class MediaBuffer;
class MediaCodecBuffer;
class Surface;
struct NuPlayer::DecoderBase : public AHandler {
    explicit DecoderBase(const sp<AMessage> &notify);
    void configure(const sp<AMessage> &format);
    void init();
    void setParameters(const sp<AMessage> &params);
protected:
    virtual ~DecoderBase();
    void stopLooper();
    virtual void onMessageReceived(const sp<AMessage> &msg);
    virtual void onConfigure(const sp<AMessage> &format) = 0;
    virtual void onSetParameters(const sp<AMessage> &params) = 0;
    virtual void onSetRenderer(const sp<Renderer> &renderer) = 0;
    virtual void onResume(bool notifyComplete) = 0;
    virtual void onFlush() = 0;
    virtual void onShutdown(bool notifyComplete) = 0;
};

可以从DecoderBase的实现看到，它包含了所有解码相关的接口，这些接口往往都和MediaCodec的接口直接相关。可见，它是处在解码的前沿阵地上的。

在instantiateDecoder函数中，创建音频和视频的解码器，参数略有不同，创建视频解码器是会多出一个mSurface，提供给MediaCodec以显示视频，mCCDecoder则是字幕相关解码器。来看一下解码器构建函数：

NuPlayer::Decoder::Decoder(
        const sp<AMessage> &notify,
        const sp<Source> &source,
        pid_t pid,
        uid_t uid,
        const sp<Renderer> &renderer,
        const sp<Surface> &surface,
        const sp<CCDecoder> &ccDecoder)
    : DecoderBase(notify),
      mSurface(surface), // 视频播放的surface实体
      mSource(source),
      mRenderer(renderer), // 渲染器
      mCCDecoder(ccDecoder), // 字幕解码器
      mIsAudio(true) { // 是否为音频
    mCodecLooper = new ALooper;
    mCodecLooper->setName("NPDecoder-CL");
    mCodecLooper->start(false, false, ANDROID_PRIORITY_AUDIO);
    mVideoTemporalLayerAggregateFps[0] = mFrameRateTotal;
}

构造函数基本上就是将传递进来的参数，直接保存到自己的各类变量中，功能后续使用。继续看一下接下来对解码器来说比较重要的调用。

再来看看关于解码器的第二各操作：(*decoder)->init();。

直接在Decoder类中查找init()并不能找到，因为Decoder继承与DecoderBase，所以这里执行的应该是DecoderBase的init函数：

void NuPlayer::DecoderBase::init() {
    mDecoderLooper->registerHandler(this);
}

DecoderBase的构造函数中，已经创建了一套NativeHandler体系，并将Looper启动，只是没有将AHandler的子类对象和ALooper绑定，知道init()函数执行后，这种绑定关系才算结束。也只有这样，DecoderBase中的NativeHandler体系才能够正常工作。有关NativeHandler的详细信息，请参考：NativeHandler系列（一）

接下来看看和解码相关的最重要的一步操作：(*decoder)->configure(format);

configure函数实际上是在DecoderBase中实现，最终调用了DecoderBase的纯虚构函数：onConfigure，让它的子类去实现具体的配置方法：

void NuPlayer::Decoder::onConfigure(const sp<AMessage> &format) {
    AString mime;
    CHECK(format->findString("mime", &mime));
	// 根据需要创建的解码器类型创建解码器
    mCodec = MediaCodec::CreateByType(
            mCodecLooper, mime.c_str(), false /* encoder */, NULL /* err */, mPid, mUid);
    err = mCodec->configure(format, mSurface, crypto, 0 /* flags */); // 配置解码器
    sp<AMessage> reply = new AMessage(kWhatCodecNotify, this);
    mCodec->setCallback(reply); // 设置解码器回调
    err = mCodec->start(); // 启动解码器
}

从简化后的代码可以看到，在onConfigure函数中，有关MediaCodec的调用都是比较经典的调用方式。分别有，MediaCodec的创建、配置、设置回调通知、启动解码器。

关于MediaCodec还有buffer的入队和出队以及释放函数，相信不久后在其它地方可以见到。

解码器创建部分暂时就这么多，小结一下：

小结解码器创建

Decoder继承于DecoderBase，DecoderBase基本上接管了解码工作所有的操作，通过纯虚构（抽象）函数来让子类，也就是Decoder来实现一些具体的操作。
DecoderBase解码体系，都是通过MediaCodec来实现解码流程。有鉴于此，它的基本操作函数都是为了MediaCodec的服务。

填充数据到解码队列:onInputBufferFetched

当前位置：

NuPlayerDecoderBase：解码器创建
onInputBufferFetched：填充数据到解码队列
onRenderBuffer：渲染解码后的数据
~Decoder：释放解码器

当MediaCode创建并执行了start函数后，就已经在通过mCodec->setCallback(reply)提供的回调，不断地调用填充数据有关的逻辑，最后实现数据填充的地方是在onInputBufferFetched函数中：

bool NuPlayer::Decoder::onInputBufferFetched(const sp<AMessage> &msg) {
   size_t bufferIx;
   CHECK(msg->findSize("buffer-ix", &bufferIx));
   CHECK_LT(bufferIx, mInputBuffers.size());
   sp<MediaCodecBuffer> codecBuffer = mInputBuffers[bufferIx];

   sp<ABuffer> buffer;
   bool hasBuffer = msg->findBuffer("buffer", &buffer); // 填充通解封装模块获取的数据
   bool needsCopy = true; // 是否需要将数据拷贝给MediaCodec

   if (buffer == NULL /* includes !hasBuffer */) { // 如果已经没有buffer可以提供了。
       status_t err = mCodec->queueInputBuffer(bufferIx, 0, 0, 0, MediaCodec::BUFFER_FLAG_EOS);
		// ...
   } else { // 还有buffer
        if (needsCopy) { // 拷贝给MediaCodec
            // ...
            if (buffer->data() != NULL) {
                codecBuffer->setRange(0, buffer->size());
                // 拷贝到MediaCodec的buffer中
                memcpy(codecBuffer->data(), buffer->data(), buffer->size()); 
            }
        } // needsCopy

        status_t err;
        AString errorDetailMsg;
		// ...
            err = mCodec->queueInputBuffer( // 将buffer加入到MediaCodec的待解码队列中
                    bufferIx,
                    codecBuffer->offset(),
                    codecBuffer->size(),
                    timeUs,
                    flags,
                    &errorDetailMsg);
        // ...
    }   // buffer != NULL
    return true;
}

这个函数的核心，就是调用MediaCodec的queueInputBuffer函数，将填充好的MediaCodecBuffer添加到MediaCodec的输入队列中，等待解码。解释都放在注释里了。来看一下如何取数据的。

渲染解码后的数据:onRenderBuffer

当前位置：

NuPlayerDecoderBase：解码器创建
onInputBufferFetched：填充数据到解码队列
onRenderBuffer：渲染解码后的数据
~Decoder：释放解码器

onRenderBuffer的执行时机，和onInputBufferFetched几乎是同时的，当MediaCodec的解码outputBuffer队列中有数据时，就会通过回调通知播放器，执行对应的回调函数渲染数据。在NuPlayer这样的回调函数执行链条为：NuPlayer::Decoder::onMessageReceived ==> handleAnOutputBuffer ==> NuPlayer::Decoder::onRenderBuffer

最终执行取出解码数据并渲染的函数便是onRenderBuffer：

void NuPlayer::Decoder::onRenderBuffer(const sp<AMessage> &msg) {
    int32_t render;
    size_t bufferIx;
    CHECK(msg->findSize("buffer-ix", &bufferIx));
	ALOGE("onRenderBuffer");

    if (msg->findInt32("render", &render) && render) {
        int64_t timestampNs;
        CHECK(msg->findInt64("timestampNs", &timestampNs));
        // 触发播放音频数据
        err = mCodec->renderOutputBufferAndRelease(bufferIx, timestampNs);
    } else { // 播放视频数据
        mNumOutputFramesDropped += !mIsAudio;
        err = mCodec->releaseOutputBuffer(bufferIx);
    }
	// ...
}

释放解码器:~Decoder

当前位置：

NuPlayerDecoderBase：解码器创建
onInputBufferFetched：填充数据到解码队列
onRenderBuffer：渲染解码后的数据
~Decoder：释放解码器

NuPlayer::Decoder::~Decoder() {
    // Need to stop looper first since mCodec could be accessed on the mDecoderLooper.
    stopLooper(); // 停止looper
    if (mCodec != NULL) {
        mCodec->release(); // release掉MediaCodec
    }
    releaseAndResetMediaBuffers(); // 清理buffer
}