Android 使用MediaCodec获取视频帧序列的尝试

背景

    在视频编辑中,常常需要展示一列视频帧。从视频中抽取一些视频帧的方法,Android 端可以通过MediaMetadataRetriever 获取,不过这中方法比较慢,获取一帧大概需要300~500ms如果视频文件比较大,耗时还要更长。还可以通过ffmpeg,不过需要引入ffmpeg库,这个库比较大,精简起来也比较繁琐。本篇文章介绍另一种方案,利用MediaCodec解码取帧。

原理

    MediaCodec类可以用于使用一些基本的多媒体编解码器(音视频编解码组件),利用MediaCodec解码取帧的原理就是,解码时,通过getOutputImage 拿到YUV420格式的视频帧,再对视频帧进行一些处理、转化成想要的bitmap 或保存成图片文件。此方案获取每帧耗时30~50ms,效率是MediaMetadataRetriever的10倍以上(注:getOutputImage为API 21才有的方法)

流程

一、创建MediaExtractor和MediaCodec

     其中MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT 需要设置成COLOR_FormatYUV420Flexible,MediaCodec的所有硬件解码都支持这种格式,但这样解码后得到的YUV420的具体格式又会因设备而异,如YUV420Planar,YUV420SemiPlanar,YUV420PackedSemiPlanar等。然而又得益于API 21对MediaCodec加入的Image类的支持,可以实现简单且高效的任意YUV420格式向如NV21,I420等格式的转换,这样就得到了一个统一的、可以预先指定的YUV格式视频帧。再进一步,YuvImage类提供了一种高效的NV21格式转换为Bitmap。

开始解码,获取帧序列,如果是要获取所有帧序列,则不需要使用seekTo方法。

getOutputImage格式是YUV_420_888,需要转换成NV21

使用YuvImage 加载nv21,转化成Bitmap用于显示。

总结与问题

    此种方案对于需要将获取每一帧视频的用户来说,无疑是非常高效的。如果是要获取视频里面几帧,或者是截取某一帧数据,就会用到extractor.seekTo 方法,跳到指定时间戳。因视频源的差异,seekTo方法可能无法精确定位到指定帧。

     seekTo 方法有两个参数,timeUs是要seek的时间戳,mode是seek的模式,可以是SEEK_TO_PREVIOUS_SYNC,SEEK_TO_CLOSEST_SYNC,SEEK_TO_NEXT_SYNC,分别是seek指定帧的上一帧,最近帧和下一帧。而在每次seekTo方法调用后,MediaCodec必须从关键帧开始解码。因此seekTo方法只会seek到最近的/上一个/下一个关键帧,也就是I-Frame(key frame = I frame = sync frame)。之所以要从关键帧开始解码,是因为每一帧不一定是单独编码的,只有I frame才是帧内编码,而P, B frame都是要参考别的帧来进行编码,因此单独拿出来是不完整的一帧。

        有些视频源关键帧间隔比较近可能每两三帧就有一帧是关键帧,这样seekTo过去就没什么问题,可是有些视频关键帧间隔很远,可能一整段视频都没有几帧是关键帧的。这种情况下,seekTo过去,可能就取出一些重复帧出来。

    事实上,即使使用MediaMetadataRetriever的getFrameAtTime方法获取帧,也同样会有这种问题。

   优化方向,如果视频源是自己录制的,大可以在录制时设置好关键帧间隔,mediaFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 0)。对于无法控制的视频源,不用seekTo 方法跳到指定时间戳,而是正常的解码每一帧,只计算需要在哪些帧上读取图片即可。只是这种方法,只适用用于时长比较短的视频。

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