Android開發筆記——視訊錄制播放常見問題
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本文分享自己在視訊錄制播放過程中遇到的一些問題，主要包括：
- 視訊錄制流程
- 視訊預覽及SurfaceHolder
- 視訊清晰度及檔案大小
- 視訊檔案旋轉
一、視訊錄制流程
以微信為例，其錄制觸發為按下（住）錄制按鈕，結束錄制的觸發條件為松開錄制按鈕或錄制時間結束，其流程大概可以用下圖來描述。
1.1、開始錄制
根據上述流程及項目的程式設計慣例，可在onCreate()定義如下函數來完成功能：
初始化過程主要包括View，Data以及Listener三部分。在初始化View時，添加攝像頭預覽，添加倒計時文本元件，設定初始狀态UI元件的可見；初始化Data時，從Intent中擷取初始資料；初始化Listener時，分别對錄制觸發按鈕，儲存/取消視訊錄制按鈕以及視訊預覽界面添加監聽。
當系統初始化成功後，等待使用者按下錄制按鈕，是以在錄制按鈕的監聽中，需要完成以下功能：錄制，計時，更新界面元件。
if(isRecording) {
mMediaRecorder.stop();
releaseMediaRecorder();
mCamera.lock();
isRecording = false;
}
if(startRecordVideo()) {
startTimeVideoRecord();
isRecording = true;
} 首先判斷目前錄制狀态，如果正在錄制，則先停止錄制，釋放MediaRecorder資源，鎖定攝像頭，置位錄制狀态；然後開始視訊錄制startRecordVideo，其boolean型傳回值表征是否啟動成功，啟動成功後，開始視訊錄制計時，并且置位錄制狀态。startRecordVideo涉及MediaRecorder的配置，準備以及啟動。
翻譯成代碼如下：
private boolean startRecordVideo() {
configureMediaRecorder();
if(!prepareConfiguredMediaRecorder()) {
return false;
}
mMediaRecorder.start();
return true;
} 1.2、結束錄制
根據上述流程圖可知，結束錄制的觸發條件為松開錄制按鈕或計時時間到。在結束錄制方法中，需要釋放MediaRecorder，開始循環播放已錄制視訊，設定界面更新等。
翻譯成代碼如下：
private void stopRecordVideo() {
releaseMediaRecorder();
// 錄制視訊檔案處理
if(currentRecordProgress < MIN_RECORD_TIME) {
Toast.makeText(VideoInputActivity.this, "錄制時間太短", Toast.LENGTH_SHORT).show();
} else {
startVideoPlay();
isPlaying = true;
setUiDisplayAfterVideoRecordFinish();
}
currentRecordProgress = 0;
updateProgressBar(currentRecordProgress);
releaseTimer();
// 狀态設定
isRecording = false;
} 二、視訊預覽及SurfaceHolder
視訊預覽采用SurfaceView，相比于普通的View，SurfaceView在一個新起的單獨線程中繪制畫面，該實作的優點是更新畫面不會阻塞UI主線程，缺點是會帶來事件同步的問題。當然，這涉及到UI事件的傳遞以及線程同步，這裡不做詳細說明，有興趣的可以參考連結：http://wugengxin.cn/download/pdf/android/PRE_andevcon_mastering-the-android-touch-system.pdf。
在實作中，通過繼承SurfaceView元件來實作自定義預覽控件。首先，SurfaceView的getHolder()方法會傳回SurfaceHolder，需要為SurfaceHolder添加SurfaceHolder.Callback回調；其次，重寫surfaceCreated、surfaceChanged和surfaceDestroyed實作。
2.1、構造器
構造器包含了初始化域以及添加上述回調的過程。
public CameraPreview(Context context, Camera camera) {
super(context);
mCamera = camera;
mSupportedPreviewSizes = mCamera.getParameters().getSupportedPreviewSizes();
mHolder = getHolder();
mHolder.addCallback(this);
mHolder.setType(SurfaceHolder.SURFACE_TYPE_PUSH_BUFFERS);
} 這裡需要說明mSupportedPreviewSizes，由于攝像頭支援的預覽尺寸由Camera本身的參數決定，是以需要首先擷取其所支援的預覽尺寸。
2.2、預覽尺寸的設定
從Google官方的Camera示例程式中可以看出，選擇預覽尺寸的标準是（1）攝像頭支援的預覽尺寸的寬高比與SurfaceView的寬高比的絕對內插補點小于0.1；（2）在（1）獲得的尺寸中，選取與SurfaceView的高的內插補點最小的。通過代碼對這兩個标準進行了實作，這裡貼一下官方的代碼：
public Camera.Size getOptimalPreviewSize(List<Camera.Size> sizes, int w, int h) {
final double ASPECT_TOLERANCE = 0.1;
double targetRatio = (double) w / h;
if (sizes == null) {
return null;
}
Camera.Size optimalSize = null;
double minDiff = Double.MAX_VALUE;
int targetHeight = h;
for (Camera.Size size : sizes) {
double ratio = (double) size.width / size.height;
if (Math.abs(ratio - targetRatio) > ASPECT_TOLERANCE)
continue;
if (Math.abs(size.height - targetHeight) < minDiff) {
optimalSize = size;
minDiff = Math.abs(size.height - targetHeight);
}
}
if (optimalSize == null) {
minDiff = Double.MAX_VALUE;
for (Camera.Size size : sizes) {
if (Math.abs(size.height - targetHeight) < minDiff) {
optimalSize = size;
minDiff = Math.abs(size.height - targetHeight);
}
}
}
return optimalSize;
} 在加載預覽畫面時，需要考慮Camera支援的尺寸（getSupportedPreviewSizes）和加載預覽畫面的SurfaceView的尺寸（layout_width/layout_height），在預覽階段，兩者之間的關系直接影響清晰度及圖像拉伸。對于Camera的尺寸，由于裝置的硬體差異，不同裝置支援的尺寸存在差異，但在預設情況（orientation=landscape）下，其width>height。以HTC609d為例，Camera支援的分辨率為1280*720（16：9）……640*480（4：3）……480*320（3：2）等十多種，而其螢幕的分辨率為960*540（16：9）。是以，很容易得到以下結論：（1）當Camera預覽尺寸小于SurfaceView尺寸較多時，預覽畫面就不清晰；（2）Camera預覽尺寸寬高比與SurfaceView寬高比相差較大時，預覽畫面就會拉伸。
上述代碼在手機設定為橫屏時并沒有問題，在設定為豎屏時，為獲得最優的預覽尺寸，需要在調用此方法前比較SurfaceView的寬高。
if (mSupportedPreviewSizes != null) {
mPreviewSize = getOptimalPreviewSize(mSupportedPreviewSizes,
Math.max(width, height), Math.min(width, height));
} 獲得與目前SurfaceView比對的預覽尺寸後，即可通過Camera.Parameters進行設定。
Camera.Parameters mParams = mCamera.getParameters();
mParams.setPreviewSize(mPreviewSize.width, mPreviewSize.height);
mCamera.setDisplayOrientation(90);
List<String> focusModes = mParams.getSupportedFocusModes();
if(focusModes.contains("continuous-video")){
mParams.setFocusMode(Camera.Parameters.FOCUS_MODE_CONTINUOUS_VIDEO);
}
mCamera.setParameters(mParams); 三、視訊清晰度及檔案大小
在第一節中講到startRecordVideo，包括配置MediaRecorder，準備MediaRecorder以及啟動，其中配置MediaRecorder是視訊錄制的重點，需要了解每項配置參數的作用，根據業務場景靈活配置。這裡參考Google官方的示例給出一個可行的配置方案，然後再對其進行解釋。
private void configureMediaRecorder() {
// BEGIN_INCLUDE (configure_media_recorder)
mMediaRecorder = new MediaRecorder();
// Step 1: Unlock and set camera to MediaRecorder
mCamera.unlock();
mMediaRecorder.setCamera(mCamera);
mMediaRecorder.setOrientationHint(90);
// Step 2: Set sources
mMediaRecorder.setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.VOICE_RECOGNITION);
mMediaRecorder.setVideoSource(MediaRecorder.VideoSource.CAMERA);
// Step 3: Set a Camera Parameters
mMediaRecorder.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.MPEG_4);
/* Fixed video Size: 640 * 480*/
mMediaRecorder.setVideoSize(640, 480);
/* Encoding bit rate: 1 * 1024 * 1024*/
mMediaRecorder.setVideoEncodingBitRate(1 * 1024 * 1024);
mMediaRecorder.setVideoEncoder(MediaRecorder.VideoEncoder.H264);
mMediaRecorder.setAudioEncoder(MediaRecorder.AudioEncoder.AAC);
// Step 4: Set output file
mMediaRecorder.setMaxFileSize(maxFileSizeInBytes);
mMediaRecorder.setOutputFile(videoFilePath);
// END_INCLUDE (configure_media_recorder)
// Set MediaRecorder ErrorListener
mMediaRecorder.setOnErrorListener(this);
} Step 1：
- setCamera參數能夠使得在預覽和錄制中快速切換，避免Camera對象的重新加載。在某些Android手機自帶的照相機程式中，切換預覽與錄制中的短暫卡頓，讀者可自行體會。
- mMediaRecorder.setOrientationHint(90)在錄制方向為豎直（portrait）時使用，它能使視訊檔案的沿順時針方向旋轉90度，如果不設定此項，播放視訊時，畫面會發生90度的旋轉。不過這裡更重要的是，即使設定了此項，在某些播放器上，畫面依然會有90度的旋轉（比如将在手機上正常播放的視訊導入到PC中進行播放，或者嵌入H5的video标簽中），這可是為什麼呢？注意setOrientationHint的說明：Note that some video players may choose to ignore the compostion matrix in a video during playback. 那麼如何做到在所有播放器上都能以正常方向播放呢？稍等，後續專門對其進行說明。
Step 2：
- setAudioSource(MediaRecorder.AudioSource.VOICE_RECOGNITION)，VOICE_RECOGNITION相比于MIC會根據語音識别的需要做一些調諧，當然，這需要在系統支援的情況下。
- setVideoSource自然是VideoSource.CAMERA，隻是在此兩項設定必須在設定編碼器之前設定，這無需說明。
Step 3：
- setOutputFormat需要在Step 2之後，并且在prepare()之前。這裡采用OutputFormat.MPEG_4格式。
- setVideoSize需要權衡的因素較多，主要包括三方面：MediaRecorder支援的錄制尺寸、視訊檔案的大小以及相容不同Android機型。這裡采用640 * 480（微信小視訊的尺寸是320*240），檔案大小在500-1000kb之間，并且市面上99%以上機型支援此錄制尺寸。
- setVideoEncodingBitRate與視訊的清晰度有關，設定此參數需要權衡清晰度與檔案大小的關系。太高，檔案大不易傳輸；太低，檔案清晰度低，識别率低。需要根據實際業務場景靈活調整。
- setVideoEncoder采用H264編碼，MPEG4、H263、H264等不同編碼的差别比較可參考http://blog.csdn.net/wcl0715/article/details/676137，實際使用中，H264的壓縮率較高，推薦使用。
- setAudioEncoder采用AudioEncoder.AAC，該設定主要是考慮其通用性、相容性。
Step 4：
- setMaxFileSize指定錄制檔案的大小限制，當然還可以限制其最大錄制時間。
- setOutputFile指定輸出視訊的路徑。
- setOnErrorListener指定錯誤監聽器。
在完成上述配置之後，即可準備MediaRecorder，并在傳回成功後開始視訊錄制。
private boolean prepareConfiguredMediaRecorder() {
// Step 5: Prepare configured MediaRecorder
try {
mMediaRecorder.prepare();
} catch (Exception e) {
releaseMediaRecorder();
return false;
}
return true;
} 四、視訊檔案旋轉
第三節中Step 1提到對視訊檔案的旋轉，因為某些播放器會忽略錄制視訊時的配置參數，是以可嘗試通過第三方庫對視訊檔案進行旋轉，例如：OpenCV，fastCV等，在Camera對象的Camera.PreviewCallback中截取每幀資料byte[] data，然後對其進行處理，然後輸出。該方法需要考慮處理方法的高效性，在程式設計時一般采用NDK，在C++中完成關鍵的處理，這裡貼出fastCV中該處理方法的邏輯。
public void onPreviewFrame( byte[] data, Camera c ) {
// Increment FPS counter for camera.
util.cameraFrameTick();
// Perform processing on the camera preview data.
update( data, mDesiredWidth, mDesiredHeight );
// Simple IIR filter on time.
mProcessTime = util.getFastCVProcessTime();
if( c != null )
{
// with buffer requires addbuffer each callback frame.
c.addCallbackBuffer( mPreviewBuffer );
c.setPreviewCallbackWithBuffer( this );
}
// Mark dirty for render.
requestRender();
}
}; 其中，update為native方法，其實作由jni中對應的檔案完成，其中調用了libfastcv.a中相應的API。這裡涉及NDK程式設計的基本方法步驟：（1）開發環境；（2）編寫Java代碼、C/C++代碼；（3）編譯C/C++檔案生成.so庫；（4）重新編譯工程，生成apk。由于本章不重點講述NDK，這裡不再展開。
除上述方法以外，筆者采用了另外一種思路進行了探索，上述方法處理的資料為每幀圖像資料，可以了解為線上處理，而如果在錄制完成之後再處理，可以了解為離線處理。這裡采用了第三方庫mp4parser，mp4parser是一款支援在Android中進行視訊分割的庫，這裡通過其進行視訊旋轉。至于具體效果如何，讀者有興趣可自行嘗試，這裡留個懸念。
private boolean rotateVideoFileWithClockwiseDegree(String sourceFilePath, int degree) {
if(!isFileAndDegreeValid(sourceFilePath, degree)) {
return false;
}
rotateVideoFile(sourceFilePath, degree);
return true;
} 對輸入參數進行合法性檢測之後，根據檢測結果判斷是否進行旋轉。
private boolean isFileAndDegreeValid(String sourceFilePath, int degree) {
if(sourceFilePath == null || (!sourceFilePath.endsWith(".mp4"))
|| (!new File(sourceFilePath).exists())) {
return false;
}
if (degree == 0 || (degree % 90 != 0)) {
return false;
}
return true;
} private void rotateVideoFile(String sourceFilePath, int degree) {
List<TrackBox> trackBoxes = getTrackBoxesOfVideoFileByPath(sourceFilePath);
Movie rotatedMovie = getRotatedMovieOfTrackBox(trackBoxes);
writeMovieToModifiedFile(rotatedMovie);
} 通過mp4parser旋轉視訊主要分為三步：（1）擷取視訊檔案對應的TrackBoxes；（2）根據TrackBoxes擷取旋轉後的Movie對象；（3）将Movie對象寫入檔案。
private List<TrackBox> getTrackBoxesOfVideoFileByPath(String sourceFilePath) {
IsoFile isoFile = null;
List<TrackBox> trackBoxes = null;
try {
isoFile = new IsoFile(sourceFilePath);
trackBoxes = isoFile.getMovieBox().getBoxes(TrackBox.class);
isoFile.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
return trackBoxes;
} private Movie getRotatedMovieOfTrackBox(List<TrackBox> trackBoxes) {
Movie rotatedMovie = new Movie();
// 旋轉
for (TrackBox trackBox : trackBoxes) {
trackBox.getTrackHeaderBox().setMatrix(Matrix.ROTATE_90);
rotatedMovie.addTrack(new Mp4TrackImpl(trackBox));
}
return rotatedMovie;
} private void writeMovieToModifiedFile(Movie movie) {
Container container = new DefaultMp4Builder().build(movie);
File modifiedVideoFile = new File(videoFilePath.replace(".mp4", "_MOD.mp4"));
FileOutputStream fos;
try {
fos = new FileOutputStream(modifiedVideoFile);
WritableByteChannel bb = Channels.newChannel(fos);
container.writeContainer(bb);
// 關閉檔案流
fos.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}