①Android NuPlayer播放框架

[时间：2016-09] [状态：Open]
[关键词：android，nuplayer，开源播放器，播放框架，nuplayerdriver]

0 NuPlayer简介

Android2.3时引入流媒体框架，而流媒体框架的核心是NuPlayer。在之前的版本中一般认为Local Playback就用Stagefrightplayer+Awesomeplayer，流媒体用NuPlayer。Android4.0之后HttpLive和RTSP协议开始使用NuPlayer播放器，Android5.0（L版本）之后本地播放也开始使用NuPlayer播放器。 Android7.0(N版本)则完全去掉了Awesomeplayer。
通俗点说，NuPlayer是AOSP中提供的多媒体播放框架，能够支持本地文件、HTTP（HLS）、RTSP等协议的播放，通常支持H.264、H.265/HEVC、AAC编码格式，支持MP4、MPEG-TS封装。
在实现上NuPlayer和Awesomeplayer不同，NuPlayer基于StagefrightPlayer的基础类构建，利用了更底层的ALooper/AHandler机制来异步地处理请求，ALooper列队消息请求，AHandler中去处理，所以有更少的Mutex/Lock在NuPlayer中。Awesomeplayer中利用了omxcodec而NuPlayer中利用了Acodec。

1 NuPlayer框架

下图是NuPlayer整体框架图

或者下图

Android层的多媒体框架，有多层实现，甚至有跨进程的调用。这里重点关注NuPlayerDriver之后的实现和相关逻辑。至于上层的调用逻辑，建议参考其他资料。

各部分功能如下：

• NuPlayer::Source：解析模块（parser，功能类似FFmpeg的avformat）。其接口与MediaExtractor和MediaSource组合的接口差不多，同时提供了用于快速定位的seekTo接口。
• NuPlayer::Decoder：解码模块（decoder，功能类似FFmpeg的avcodec），封装了用于AVC、AAC解码的接口，通过ACodec实现解码（包含OMX硬解码和软解码）。
• NuPlayer::Render：渲染模块（render，功能类似声卡驱动和显卡驱动），主要用于音视频渲染和同步，与NativeWindow有关。

2 多媒体文件如何通过NuPlayer播放的

在AOSP中，通常将一个多媒体文件或者URL称为DataSource。通常多媒体文件中包含至少一个音频流、视频流或者字幕流，NuPlayer将这三种统称为Track，细分下也有AudioTrack、VideoTrack、SubtitleTrack。将一个多媒体文件解析之后就可以通过解码器还原为原始数据，然后渲染了。具体流程参考下图：

DataSource有两个概念：

• 上图中的DataSourceInput（DataSource）指的是单纯的原始数据（容器格式，没有经过demuxer处理）。
• 在后文中setDataSource中DataSource指的是从数据输入到demux输出的一个过程（即图中最外层的DataSource）。

VideoTrack与AudioTrack指的是Extractor（即demux）的两个通道，从这里输出的分别就是单纯的解复用后的Video和Audio流。再经过Decoder后输出的就是音、视频的输出了：

• VideoRenderer + Surface即视频的输出；
• AudioSink即音频的输出；

至于Android应用层如何调用MediaPlayer，建议参考我之前的文章MediaPlayer Interface&State。

3 我个人对于AOSP的源码分析的方法

鉴于AOSP是一个操作系统，整体比较复杂，从实际出发，可以关注于某个点。比如我这里主要关注NuPlayer的框架，其内部实现逻辑。那么最终就落实到如何从一个类中提取出需要的框架及知识点。那么一个类的对外接口部分通常包括：

• 构造函数和析构函数
• 必须调用的接口
• 可选的调用接口

在多媒体播放中，通过关注的点有：

• 如何实现解复用，得到音频、视频、字幕等数据
• 如何实现解码
• 如何实现音视频同步
• 如何渲染视频
• 如何播放音频
• 如何实现快速定位

4 NuPlayer接口实现分析（NuPlayerDriver）

NuPlayer框架中最顶层的类是NuPlayerDriver，继承自MediaPlayerInterface，主要提供一个状态转换机制，作为NuPlayer类的Wrapper。NuPlayerDriver类中最重要的成员是以下几个：

• State mState 播放器状体标志
• sp<ALooper> mLooper 内部消息驱动机制
• sp<NuPlayer> mPlayer 真正完成播放器的类

先说明下我参考的是Android 7的源码，NuPlayerDriver.cpp (目录：./frameworks/av/media/libmediaplayerservice/nuplayer/)

4.1 构造函数&析构函数

从代码中可以看到，构造函数中最主要的作用是创建ALooper和NuPlayer实例，并将它们关联起来。

mLooper = (new ALooper);
mLooper->start(
        false, /* runOnCallingThread */
        true,  /* canCallJava */
        PRIORITY_AUDIO);

mPlayer = new NuPlayer(pid);
mLooper->registerHandler(mPlayer);

mPlayer->setDriver(this);

析构函数主要就是销毁创建的ALooper和NuPlayer，由于是智能指针，直接调用stop即可。

mLooper->stop();

4.2 SetDataSource

这个接口实现很简单，检查当前的播放状态，然后直接调用NuPlayer::setDataSourceAsync函数。

status_t NuPlayerDriver::setDataSource(int fd, int64_t offset, int64_t length) {
    ALOGV("setDataSource(%p) file(%d)", this, fd);
    Mutex::Autolock autoLock(mLock);

    if (mState != STATE_IDLE) {
        return INVALID_OPERATION;
    }

    mState = STATE_SET_DATASOURCE_PENDING;

    mPlayer->setDataSourceAsync(fd, offset, length);

    while (mState == STATE_SET_DATASOURCE_PENDING) {
        mCondition.wait(mLock);
    }

    return mAsyncResult;
}

最后等待该函数返回，并调用NuPlayerDriver::notifySetDataSourceCompleted接口，改变播放器状态。

4.3 setVideoSurfaceTexture

这个接口的实现思路跟SetDataSource，不过调用的是NuPlayer::setVideoSurfaceTextureAsync，该请求处理完之后调用NuPlayerDriver::notifySetSurfaceComplete接口。

4.4 prepare/prepareAsync

这两个接口基本功能是一致的，只是第二个是异步的调用过程。第一个通过prepare_l接口实现，二者最终均调用NuPlayer::prepareAsync，请求处理完成之后调用NuPlayerDriver::notifyPrepareCompleted接口。不过这里面有大量的关于播放状态判断的代码。比如prepareAsync中代码

ALOGV("prepareAsync(%p)", this);
Mutex::Autolock autoLock(mLock);

switch (mState) {
    case STATE_UNPREPARED:
        mState = STATE_PREPARING;
        mIsAsyncPrepare = true;
        mPlayer->prepareAsync();
        return OK;
    case STATE_STOPPED:
        // this is really just paused. handle as seek to start
        mAtEOS = false;
        mState = STATE_STOPPED_AND_PREPARING;
        mIsAsyncPrepare = true;
        mPlayer->seekToAsync(0, true /* needNotify */);
        return OK;
    default:
        return INVALID_OPERATION;
};

4.5 start/stop

这两个函数作为开始播放和停止播放的接口，主要涉及到播放器内部状态的切换和判断。最终功能实现通过调用NuPlayer::start和NuPlayer::pause接口。
下面是start函数实现代码（start_l），主要需要判断不同状态下的调用逻辑：

switch (mState) {
    case STATE_UNPREPARED:
    {
        status_t err = prepare_l();

        if (err != OK) {
            return err;
        }

        CHECK_EQ(mState, STATE_PREPARED);

        // fall through
    }

    case STATE_PAUSED:
    case STATE_STOPPED_AND_PREPARED:
    case STATE_PREPARED:
    {
        mPlayer->start();

        // fall through
    }

    case STATE_RUNNING:
    {
        if (mAtEOS) {
            mPlayer->seekToAsync(0);
            mAtEOS = false;
            mPositionUs = -1;
        }
        break;
    }

    default:
        return INVALID_OPERATION;
}

mState = STATE_RUNNING;

stop接口实现则相对简单，主要是判断什么状态下可以调用stop接口，并上报MEDIA_STOPPED状态。代码如下：

switch (mState) {
    case STATE_RUNNING:
        mPlayer->pause();
        // fall through

    case STATE_PAUSED:
        mState = STATE_STOPPED;
        notifyListener_l(MEDIA_STOPPED);
        break;

    case STATE_PREPARED:
    case STATE_STOPPED:
    case STATE_STOPPED_AND_PREPARING:
    case STATE_STOPPED_AND_PREPARED:
        mState = STATE_STOPPED;
        break;

    default:
        return INVALID_OPERATION;
}

4.6 pause / reset

pause用于实现暂停，其实现比较简单，直接调用NuPlayer::puase实现，代码如下：

switch (mState) {
    case STATE_PAUSED:
    case STATE_PREPARED:
        return OK;

    case STATE_RUNNING:
        mState = STATE_PAUSED;
        notifyListener_l(MEDIA_PAUSED);
        mPlayer->pause();
        break;

    default:
        return INVALID_OPERATION;
}

reset重置播放器,这是一个同步调用的接口。最终实现通过调用NuPlayer::resetAsync接口，然后调用NuPlayerDriver::notifyResetComplete通知。

4.7 isPlaying / getDuration / getCurrentPosition

这几个接口主要用于获取播放器的状态。
isPlaying直接通过播放器状态判断，其实现如下：

bool NuPlayerDriver::isPlaying() {
    return mState == STATE_RUNNING && !mAtEOS;
}

getDuration的实现也相对简单，代码如下。不过具体获取的mDurationUs需要通过NuPlayer上报或者定期查询更新下。

status_t NuPlayerDriver::getDuration(int *msec) {
    Mutex::Autolock autoLock(mLock);

    if (mDurationUs < 0) {
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

    *msec = (mDurationUs + 500ll) / 1000;

    return OK;
}

getCurrentPosition则是通过调用NuPlayer::getCurrentPosition获取。

4.8 getMetadata

这个接口主要是判断播放器的属性，比如是否支持暂停、seek、向前seek、向后seek等。

5 后续细节分析

本文主要分析了NuPlayerDriver的接口实现，接下来分析的部分包括：

• ALooper机制
• NuPlayer
• NuPlayer::Decoder
• NuPlayer::Source
• NuPlayer::Render
• ACodec

总结下来，NuPlayerDriver主要是接口层的一个衔接，并记录了播放器内部的状态数据，以保证其符合Android MediaPlayer状态调用逻辑。代码相对简单。

参考文献

1. NuPlayer介绍
2. NuPlayer for HTTP live streaming
3. Stagefright框架中视频播放流程