Android 集成 FFmpeg (一) 基础知识及简单调用 - Go语言中文社区

Android 集成 FFmpeg (一) 基础知识及简单调用


本系列第二篇:Android 集成 FFmpeg (二) 以命令方式调用 FFmpeg

前言

网上关于 Android 集成 FFmpeg 的文章很多,但大多数都只介绍了步骤,没有说明背后的原理,若之前没有集成底层库的经验,那就会“神知无知”的走一步看一步,出错几率很大,出错了也不知道原因,然后会乱猜“这篇教程有问题“,“换个版本估计可以”,甚至“电脑有问题,重装下系统试试”。

为什么会出现这种情况,答案很简单:欲速则不达,要实现 Android 端集成 FFmpeg 功能,那就要掌握必需的基础知识,如果连 JNI、NDK都不了解,一上来就参考几秒钟搜出来的集成步骤开始集成,那只会被各种莫名其妙的异常完虐,如果运气好很快就实现了功能呢? 在我看来这是更大的损失,这些你没有掌握的知识如此接近却又悄悄溜走。

那么在 Android 端集成 FFmpeg 需要掌握哪些基础知识呢?个人认为以下内容是需要了解的:

  1. JNI
  2. CPU架构
  3. 交叉编译
  4. NDK
  5. FFmpeg 简介

以下知识点阐述是经过反复推敲的,不是随意复制而来,其中融入自己的理解,以个人易于理解的方式记录下来,希望能给你带来帮助。

1.JNI

JNI,即 Java Native Interface ,是 Java 提供用来与其他语言通信的 api ,“其他语言”意味不止局限于 C 或 C++ ,也可以调用除 C 和 C++ 之外的语言,只是大多数情况下调用 C 或 C++ ; “通信”意味着 Java 和 其他语言之间可以相互调用,不止局限于 Java 调用其他语言,其他语言也可以主动调用 Java .

Java 虚拟机实现了跨平台特性, 无法很好的实现与操作系统相关的本地操作,而 C 或 C++ 可以,同时代表着 C 或 C++ 不具备 Java 的跨平台能力,那么当我们在程序中使用 JNI 功能时,就必须关注程序的平台可移植性, JNI 标准要求本地代码至少能工作在任何Java 虚拟机环境。

简而言之,跨平台的 Java 调用了不跨平台的 C/C++,使程序丧失了跨平台性,这就是 JNI 的副作用,所以可以不使用 JNI 时就尽量避免。而大多数不可避免的情况是:已存在用 C/C++ 写的程序/库或者 Java 语言不支持程序所要实现的特性,比如 ffmpeg 是由 C 编写的,则必须要通过 JNI 实现调用。

JNI 的实现步骤很简单,如下:

  1. 编写带有 native 方法的 Java 类
  2. 生成该类扩展名为 .h 的头文件
  3. 创建该头文件的 C/C++ 文件,实现 native 方法
  4. 将该 C/C++ 文件编译成动态链接库
  5. 在Java 程序中加载该动态链接库

动态链接库是一组源代码的模块,其中包含可供应用程序调用的函数。比如 Windows 下的 .dll 文件就是一种动态链接库,也就是说 Java 程序在 Windows 中运行,所需的动态链接库就是 .dll 文件; 如果 Java 程序在 Linux 中运行,所需的动态链接库就是 .so 文件 ,这里 JNI 的副作用已初见端倪,本来无视操作系统的 Java ,因为 JNI ,就要考虑运行环境是 Windows 还是 Linux 。除此之外,还要考虑 CPU 架构,这也是 Android 中使用 JNI 主要需考虑的 so 库兼容型问题。

对于 Java 程序来说,需要的仅仅是编译后的动态链接库,不需要 C/C++ 文件和 .h 头文件。Android 亦如此,网上很多 Android NDK 教程会把需要编译的 C/C++ 源码放入 Android 工程中,形成类似这样的工程结构:

这里写图片描述

这对新手来说可能会产生误导,误以为 Android 工程需要 C/C++ 文件或 .h 头文件或者其他的文件,要清楚的是, Android 工程需要的仅仅是编译后的 .so 库,所以我们可以在工程之外编译完后,只将 .so 库移植到工程中。那为什么大多数教程会把源码先移植到 Android 工程中再去编译呢?目的只有一个:节省目录的切换以及 .so 库的复制时间,实际上这些时间微乎其微,我推荐新手将编译操作于工程外进行,更易理解。

2.CPU 架构

我们都知道 CPU 是什么,那 CPU 架构到底是什么呢?回归到“架构”这个词本身含义,CPU 架构就是 CPU 的框架结构、设计方案,处理器厂商以某种架构为基础,生产自己的 CPU,就好比“总-分-总”是文章的一种架构,多篇文章可以都基于“总-分-总”架构。

常见的 CPU 架构有 x86、x86-64 以及 arm 等, x86-64 其实也是基于 x86 架构,只是在 x86 的基础上做了一些扩展,以支持 64 位程序的应用,常见的 Intel 、AMD 处理器都是基于 x86 架构的。

而 x86 架构主打的是 pc 端,对于移动端,arm 架构处于霸主地位 ,由于其体积小、低功耗、低成本、高性能的优点,被广泛应用在嵌入式系统中,目前大多数安卓、苹果手机的 CPU 都基于 arm 架构,此处所说的 arm 架构指 arm 系列架构,其中包括 ARMv5 、ARMv7 等等。

最后再看 Android 端 , Android 系统目前支持 ARMv5、ARMv7、ARMv8、 x86 、x86_64、MIPS 以及 MIPS64 共七种 CPU 架构,也就是说除此之外其他 CPU 架构的硬件并不能运行 Android 系统。

3.交叉编译

在某个平台上,编译该平台的可执行程序,叫做本地编译,比如在 Windows 平台上编译 Windows 自身的可执行程序;在 x86 平台上,编译 x86 平台自身的可执行程序。

在某个平台上,编译另一种平台的可执行程序,就是交叉编译,比如在 x86 平台上,编译 arm 平台的可执行程序,这也是 Android 端使用最多的交叉编译类型。

在交叉编译时,由于主机与目标的体系架构、环境不同,所以交叉编译比本地编译复杂很多,需要一些工具来解决主机与目标不同特性的问题,这些工具构成的工具集就叫做交叉编译链。

既然交叉编译比本地复杂很多,那为什么不使用本地编译,比如在 arm 平台编译 arm 平台的可执行程序呢?这是因为目标平台存储空间和计算能力通常是有限的,而编译过程需要较大的存储空间和较快的计算能力,但目标平台无法提供。

4.NDK

我们需要的是 arm 平台的动态库,而这一编译过程往往是在 x86 平台上进行,所以属于交叉编译,需要交叉编译链来实现,所以 NDK(Native Development Kit )中提供了交叉编译链,方便开发。

Android 中包括七种 CPU 架构,NDK 中自然就有与之对应的交叉编译链,以下是 Android 官网对此的表格描述:

| 架构 | 工具链名称 |
|: ------

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