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Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

作者：音視訊流媒體技術

前期準備

  1. 下載下傳 Android-NDK

  2. 下載下傳 FFmpeg 源碼 注意：筆者用的是 NDK-21 和 ffmpeg-4.4 進行編譯，如果版本不同可能會有所不同。

    測試：mac 與 ubuntu 下的NDK20 - NDK22 和 ffmpeg 4.0 - ffmpeg 4.4，均可使用。

本文你可以了解到

  • NDK20 - NDK22 提供的交叉編譯工具鍊主要目錄
  • 使用 clang 交叉編譯出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 庫
  • 部分編譯細節

一、NDK 提供的交叉編譯工具鍊主要目錄與檔案

從 NDK20 - NDK22 編譯工具鍊目錄結構基本沒變，這裡以 NDK21 作為示範（ NDK 在 windows、linux、mac 中的目錄基本一樣）

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

如上圖，主要用的就是這幾個目錄，其中編譯 FFmpeg 需要用到的 gcc 庫就在 aarch64、arm、x86_64、x86 這幾個檔案夾中，這裡先介紹一下這幾個名字在 Android 中的不同平台庫的聯系。

aarch64：帶這個字首的目錄都是與 arm64-v8a 庫相關

arm：帶這個字首的目錄都是與 armeabi-v7a 庫相關

x86_64：帶這個字首的目錄都是與 x86_64 庫相關

x86：帶這個字首的目錄都是與 x86 庫相關

1.clang 編譯工具

進入目錄 llvm->prebuilt->darwin-x86_64->bin 裡面都是與交叉編譯相關的檔案，我們以 clang 進行編譯，是以主要關注的是以 clang、clang++ 結尾的檔案，clang 用于編譯 c 檔案、clang++ 用于編譯 c++ 檔案。

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg
Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg
Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg
Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg
  • 這裡需要注意的是：21 和 i686
  • 21：表示編譯出的庫支援的最低 Android 版本
  • i686：表示編譯出 x86 庫平台的編譯工具

上面的 NDK 目錄名在各系統上的對應形式：

mac：darwin-x86_64

linux：linux-x86_64

windows：windows-x86_64

注意：下面都以 mac 系統下的 NDK 目錄進行介紹

2.編譯環境，需要用到的庫

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

庫和頭檔案所在的目錄在 darwin-x86_64 下的 sysroot 目錄，其中頭檔案在 include 目錄，庫在 lib 目錄，了解完這些，就可以開始編譯了。

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Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

二、使用 clang 交叉編譯出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 庫

進入 FFmpeg 源碼根目錄

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

1.建立編譯腳本：build_ffmpeg_android.sh

腳本的主要内容如下：

#!/bin/sh
# NDK 所在的路徑
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 需要編譯出的平台，這裡是 arm64-v8a
ARCH=aarch64
# 支援的最低 Android API
API=21
# 編譯後輸出目錄，在 ffmpeg 源碼目錄下的 /android/arm64-v8a
OUTPUT=$(pwd)/android/arm64-v8a
# NDK 交叉編譯工具鍊所在路徑
TOOLCHAIN=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64

build() {
  ./configure \
  --target-os=android \
  --prefix=$OUTPUT \
  --arch=$ARCH \
  --sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot \
  --disable-static \
  --disable-ffmpeg \
  --disable-ffplay \
  --disable-ffprobe \
  --disable-debug \
  --disable-doc \
  --disable-avdevice \
  --enable-shared \
  --enable-cross-compile \
  --cross-prefix=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android- \
  --cc=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang \
  --cxx=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang++ \
  --extra-cflags="-fpic"

  make clean all
  make -j12
  make install
}

build

這個shell腳本，大體上其實還是很容易懂的，比如

--disabble-static 禁止輸出靜态庫

--enable-shared 輸出動态庫

--arch 用于配置輸出的so庫是什麼架構的

--prefix 用于配置輸出的so庫的存放路徑

enable-cross-compile 開啟多平台編譯，也就是可以編譯多個平台的庫

更多的選項可以檢視官網的介紹，這裡不再多說。

接下來重點來講一下幾個選項：

  • target-os --target-os=android：在舊版本的 FFmpeg 中，對Android平台的支援并不是很完善，并沒有 android 這個target，是以在一些比較老的文章中都會提到，編譯Android平台的so庫，需要對 configure 做修改，否則會按照 linux 标準的方式輸出so庫，其命名方式和Android的so不一樣，Android是無法加載的，是以編譯時，FFmpeg 源碼版本最好選和筆者的一緻。

問題一：Linux 下輸出的 so 庫，Android 下無法加載

  • sysroot --sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot： 用于配置交叉編譯環境的 根路徑 ，編譯的時候會預設從這個路徑下去尋找 usr/includeusr/lib 這兩個路徑，進而找到相關的頭檔案和庫檔案。

    NDK20-NDK22 系統的頭檔案和庫檔案就是在 $SYSYROOT/usr/include 和 $SYSYROOT/usr/lib 中。

extra-cflags 給編譯器指定一些編譯标志，例如：

設定頭檔案路徑：格式 -I頭檔案路徑

設定編譯出的二進制檔案為位置無關碼檔案：格式 -fpic

至于為什麼需要編譯出位置無關碼檔案，就是因為 打包 出的 so 庫就是由多個為位置無關碼的二進制檔案組成的。

extra-ldflags 給連結器指定一些連結标志，例如：

設定需要連結的庫的路徑：格式 -L庫檔案路徑

輸出庫并設定名字：格式 -o 庫名

設定需要連結的庫：格式 -l庫名

這裡需要注意：

假設庫名為：a

-o 庫名 需要帶 lib 字首，與 .so/.a 字尾的部分，如 -o liba.so

-l庫名 是不帶 lib 字首，與 .so/.a 字尾的部分，如 -la

關于編譯與連結标志的問題，想了解詳情可以檢視這裡。

  • cross-prefix 配置交叉編譯的編譯工具的字首，就是上面介紹的交叉編譯相關的檔案所在的目錄内的檔案名的字首，如：編譯 arm64-v8a 平台的就是 aarch64-linux-android-，而編譯 armeabi-v7a 平台的就是 arm-linux-androideabi-，具體是什麼，到 交叉編譯工具鍊目錄下的 bin 目錄檢視即可。
  • cc
  • cxx 這兩項就是配置上面說的使用 Android 自帶的 clang 工具的具體路徑。

2.開始編譯

通過終端進入到 FFmpeg 源碼根目錄，并運作剛剛寫好的編譯腳本，

sh build_ffmpeg_android.sh

運作結果如下

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

如上圖，紅框内的就是我們編譯出的是以檔案，但是這麼多個 so 檔案，用起來也麻煩，是以我們要把它們打包成一個 so 檔案。

3.将多個庫打包成一個庫

  • 修改編譯腳本，修改後如下 
#!/bin/sh

# ...省略了不變的部分
SYSROOT_L=$TOOLCHAIN/sysroot/usr/lib/aarch64-linux-android
GCC_L=$NDK/toolchains/aarch64-linux-android-4.9/prebuilt/darwin-x86_64/lib/gcc/aarch64-linux-android/4.9.x

build() {
  # ...省略了不變的部分
  --disable-shared \
  --enable-static \
  --extra-cflags="-fpic -I$OUTPUT/include" \
  --extra-ldflags="-lc -ldl -lm -lz -llog -lgcc -L$OUTPUT/lib"
  
  # ...省略了不變的部分
}

package_library() {
  $TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android-ld -L$OUTPUT/lib -L$GCC_L \
    -rpath-link=$SYSROOT_L/$API -L$SYSROOT_L/$API -soname libffmpeg.so \
    -shared -nostdlib -Bsymbolic --whole-archive --no-undefined -o $OUTPUT/libffmpeg.so \
    -lavcodec -lpostproc -lavfilter -lswresample -lavformat -lavutil -lswscale -lgcc \
    -lc -ldl -lm -lz -llog \
    --dynamic-linker=/system/bin/linker
    # 設定動态連結器，不同平台的不同，android 使用的是/system/bin/linker
}

build
package_library

上面列出的隻是片段代碼，隻列出了做出了改變的部分，大緻流程就是：

clang 編譯出靜态庫 -> 使用 Android 自帶的連結器将編譯出的靜态庫打包成一個動态庫

接下來重點來講一下幾個選項：

  • -rpath-link 
When using ELF or SunOS, one shared library may require another. This happens when
an `"ld -shared"` link includes a shared library as one of the input files.

When the linker encounters such a dependency when doing a non-shared, non-relocatable 
link, it will automatically try to locate the required shared library and include it in 
the link, if it is not included explicitly. In such a case, the **-rpath-link** option 
specifies the first set of directories to search. The **-rpath-link** option may 
specify a sequence of directory names either by specifying a list of names separated by 
colons, or by appearing multiple times.

上面是官方給出的介紹，這裡我鬥膽用一句話概括一下，可能不太準确，但是能了解就行了：

這是傳遞給連結器的一個标志，當我們使用的庫有依賴關系時，打包就需要按照依賴關系進行，否則會報錯，用了這标志，我們隻需要設定庫的目錄，不需要管依賴關系，連結時連結器幫我們處理。

  • -soname 這個選項的解釋為：給庫添加一個别名，也就是可以通過别名引用庫，為什麼要起别名？因為我們一開始是先打出了多個靜态庫，靜态庫已經有它自己的名字了，如果不對它們統一的做别名映射，你會發現你加載庫的時候一直報錯，說找不到你指定的庫檔案，不信你可以嘗試一下哦^^。
  • --dynamic-linker 這個選項用于設定動态連結器，還記得上面提出的問題一嗎，為了解決這個問題，這裡設定成 Android 使用的連結器，就是/system/bin/linker，關于這點，可以看看這裡

4.再次編譯

運作結果如下

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

至此，我們就完成了 FFmpeg 的編譯工作。

三、腳本使用介紹

筆者把編譯腳本封裝了一下，以适應友善的編譯出 Android 各個平台的 so 庫，腳本連結在文章開頭，下面介紹使用步驟：

  1. 将腳本放在 FFmpeg 源碼根目錄
  2. 以文本方式打開腳本，簡單的修改下面列出的幾個參數 
# 建構的最低支援 API 等級
API=21
# 在什麼系統上建構，mac：darwin，linux：linux，windows：windows
OS_TYPE=darwin
# 自己本機 NDK 所在目錄
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 目标檔案輸出目錄，預設是目前目錄下的 android 目錄
OUTPUT=$(pwd)/android/$ABI
  1. 打開終端，進入到 FFmpeg 源碼目錄，執行腳本：sh build_ffmpeg_android.sh 1

執行規則

sh build_ffmpeg_android.sh 後可以附帶 1、2、3、4 這四項，下面說明這四項的意義

1：建構出 arm64-v8a 架構的庫檔案

2：建構出 armeabi-v7a 架構的庫檔案

3：建構出 x86_64 架構的庫檔案

4：建構出 x86 架構的庫檔案

如果想要建構多個平台的，可以附帶多項，中間通過空格分隔開即可，如建構全平台：

sh build_ffmpeg_android.sh 1 2 3 4

四、遇到的問題

  1. 運作腳本，顯示沒權限
修改檔案權限，再次運作即可：chmod 777 build_ffmpeg_android.sh
  1. 運作腳本，顯示腳本中存在無法識别的字元不能運作

解決方法一：

Visual Studio Code 代替記事本，重新編輯

解決方法二：

安裝 dos2unix 軟體

mac 下：brew install dos2unix

ubuntu 下：sudo apt install dos2unix

使用：dos2unix build_ffmpeg_android.sh

然後再次運作即可

編譯x86庫的時候報錯，錯誤如下

Android-NDK-clang 編譯 FFmpeg

這個時候隻需要在 ./configure 後加上：--disable-asm 即可，然後重新編譯就沒問題了，因為 x86 平台移除了寄存器，如果不禁用這一項就會報錯，詳細原因在這。

  1. 将多個庫打包時用到的 gcc 的庫在别的目錄也有

這裡容許我吐槽一下，我認為是一個巨坑... 因為我打包的時候一開始用的是别的目錄的 gcc ，部分平台的打包 是正常的，但是 armeabi-v7a 平台的一直打包不成功，試了很久才發現現在用的目錄也有，并且沒問題。如果你 也遇到了同樣的問題，那就換成我介紹的目錄的 gcc 就沒問題了。

五、總結

  1. 在 Android 端的編譯問題很多時候是因為對編譯工具鍊的目錄不熟，找不到對應的庫
  2. 編譯時，如果遇到缺哪個庫，去上文介紹的目錄找到并且在編譯時加進去就可以了
  3. 多動手實踐，你會發現“書上得來終覺淺”這句話的真谛 最後，如果你覺得這篇文章對你有所幫助，那就點個贊呗 ^w^

參考文章

FFmpeg so庫編譯

如何跨平台編譯能執行在 Android 上的檔案

FFmpeg x86 編譯問題

連結器的-rpath介紹

将FFmpeg編譯成一個libffmpeg.so庫

原文 https://juejin.cn/post/6990246430682120223

clang droid clan mpeg lang
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