Android12 MultiMedia框架之GenericSource extractor

前面两节学习到了各种Source的创建和extractor service的启动，本节将以本地播放为例记录下GenericSource是如何创建一个extractor的。extractor是在PrepareAsync()方法中被创建出来的，为了不过多赘述，我们直接从GenericSource的onPrepareAsync()开始看。

onPrepareAsync()

Android系统自带了很多源生的extractor，我们这里主要基于MP4 extractor来进行以下内容的分析。

//frameworks/av/media/libmediaplayerservice/nuplayer/GenericSource.cpp
void NuPlayer::GenericSource::onPrepareAsync() {
    mDisconnectLock.lock();

    // delayed data source creation
    if (mDataSource == NULL) {
        // set to false first, if the extractor
        // comes back as secure, set it to true then.
        mIsSecure = false;

        if (!mUri.empty()) {
            //省略
        } else {
            //第一部分
            if (property_get_bool("media.stagefright.extractremote", true) &&
                    !PlayerServiceFileSource::requiresDrm(
                            mFd.get(), mOffset, mLength, nullptr /* mime */)) {
                sp<IBinder> binder =
                        defaultServiceManager()->getService(String16("media.extractor"));
                if (binder != nullptr) {
                    ALOGD("FileSource remote");
                    sp<IMediaExtractorService> mediaExService(
                            interface_cast<IMediaExtractorService>(binder));
                    sp<IDataSource> source;
                    mediaExService->makeIDataSource(base::unique_fd(dup(mFd.get())), mOffset, mLength, &source);
                    ALOGV("IDataSource(FileSource): %p %d %lld %lld",
                            source.get(), mFd.get(), (long long)mOffset, (long long)mLength);
                    if (source.get() != nullptr) {
                        mDataSource = CreateDataSourceFromIDataSource(source);
                    }
                    //省略
            }
            //省略
        }
        //省略
    }
    //省略

    mDisconnectLock.unlock();

    //第二部分
    // init extractor from data source
    status_t err = initFromDataSource();

    if (err != OK) {
        ALOGE("Failed to init from data source!");
        notifyPreparedAndCleanup(err);
        return;
    }

    if (mVideoTrack.mSource != NULL) {
        sp<MetaData> meta = getFormatMeta_l(false /* audio */);
        sp<AMessage> msg = new AMessage;
        err = convertMetaDataToMessage(meta, &msg);
        if(err != OK) {
            notifyPreparedAndCleanup(err);
            return;
        }
        notifyVideoSizeChanged(msg);
    }

    notifyFlagsChanged(
            // FLAG_SECURE will be known if/when prepareDrm is called by the app
            // FLAG_PROTECTED will be known if/when prepareDrm is called by the app
            FLAG_CAN_PAUSE |
            FLAG_CAN_SEEK_BACKWARD |
            FLAG_CAN_SEEK_FORWARD |
            FLAG_CAN_SEEK);

    //第三部分
    finishPrepareAsync();

    ALOGV("onPrepareAsync: Done");
}

上述代码中省略了mp4文件播放时不会走到的流程，只抓主干做了解。我将onPrepareAsync()分成了三个部分，下面逐个进行分析。

DataSource的创建

初始阶段GenericSource的mDataSource是没有值的，因此需要基于setDataSource()传递下来的文件fd/offset/length变量来创建一个。先将步骤总结如下：

  • 获取"media.extractor" service的本地代理，为调用其接口做准备。
  • 基于被打开MP4文件的fd/offset/length创建一个RemoteDataSource，并返回其Bp端（BpDataSource）。
  • 将BpDataSource转化为TinyCacheSource，保存到mDataSource中。

第一步没啥好讲的，直接开始讲第二步：

//frameworks/av/services/mediaextractor/MediaExtractorService.cpp
::android::binder::Status MediaExtractorService::makeIDataSource(
        base::unique_fd fd,
        int64_t offset,
        int64_t length,
        ::android::sp<::android::IDataSource>* _aidl_return) {
    sp<DataSource> source = DataSourceFactory::getInstance()->CreateFromFd(fd.release(), offset, length);
    *_aidl_return = CreateIDataSourceFromDataSource(source);
    return binder::Status::ok();
}

//frameworks/av/media/libdatasource/DataSourceFactory.cpp
sp<DataSourceFactory> DataSourceFactory::getInstance() {
    Mutex::Autolock l(sInstanceLock);
    if (!sInstance) {
        sInstance = new DataSourceFactory();
    }
    return sInstance;
}

sp<DataSource> DataSourceFactory::CreateFromFd(int fd, int64_t offset, int64_t length) {
    sp<FileSource> source = new FileSource(fd, offset, length);
    return source->initCheck() != OK ? nullptr : source;
}

//frameworks/av/media/libstagefright/InterfaceUtils.cpp
sp<IDataSource> CreateIDataSourceFromDataSource(const sp<DataSource> &source) {
    if (source == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    return RemoteDataSource::wrap(source);
}

//frameworks/av/media/libstagefright/include/media/stagefright/RemoteDataSource.h
static sp<IDataSource> wrap(const sp<DataSource> &source) {
	if (source.get() == nullptr) {
		return nullptr;
	}
	if (source->getIDataSource().get() != nullptr) {
		return source->getIDataSource();
	}
	return new RemoteDataSource(source);
}

这里直接调用extractor service的makeIDataSource()方法，在该方法中会先构建一个FileSource实例，通过这个实例可以读取文件内容。基于FileSource再封装成一个RemoteDataSource实例，通过binder回传到GenericSource那的已经是Bp端了。

接下来是第三步：

//frameworks/av/media/libstagefright/InterfaceUtils.cpp
sp<DataSource> CreateDataSourceFromIDataSource(const sp<IDataSource> &source) {
    if (source == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    return new TinyCacheSource(new CallbackDataSource(source));
}

可以很清楚的看到，BpDataSource被先后封装了两层最终返回的则是TinyCacheSource实例。

到这里，第一部分结束了。

initFromDataSource()

第二部分则是重点了，这里是创建extractor的位子所在。

//frameworks/av/media/libmediaplayerservice/nuplayer/GenericSource.cpp
status_t NuPlayer::GenericSource::initFromDataSource() {
    sp<IMediaExtractor> extractor;
    sp<DataSource> dataSource;
    {
        Mutex::Autolock _l_d(mDisconnectLock);
        dataSource = mDataSource;
    }
    CHECK(dataSource != NULL);

    // This might take long time if data source is not reliable.
    extractor = MediaExtractorFactory::Create(dataSource, NULL);
    //省略
    sp<MetaData> fileMeta = extractor->getMetaData();

    size_t numtracks = extractor->countTracks();
    //省略
    mFileMeta = fileMeta;
    //省略
    for (size_t i = 0; i < numtracks; ++i) {
        sp<IMediaSource> track = extractor->getTrack(i);
        if (track == NULL) {
            continue;
        }

        sp<MetaData> meta = extractor->getTrackMetaData(i);
        //省略
        // Do the string compare immediately with "mime",
        // we can't assume "mime" would stay valid after another
        // extractor operation, some extractors might modify meta
        // during getTrack() and make it invalid.
        if (!strncasecmp(mime, "audio/", 6)) {
            if (mAudioTrack.mSource == NULL) {
                mAudioTrack.mIndex = i;
                mAudioTrack.mSource = track;
                mAudioTrack.mPackets =
                    new AnotherPacketSource(mAudioTrack.mSource->getFormat());

                if (!strcasecmp(mime, MEDIA_MIMETYPE_AUDIO_VORBIS)) {
                    mAudioIsVorbis = true;
                } else {
                    mAudioIsVorbis = false;
                }

                mMimes.add(String8(mime));
            }
        } else if (!strncasecmp(mime, "video/", 6)) {
            if (mVideoTrack.mSource == NULL) {
                mVideoTrack.mIndex = i;
                mVideoTrack.mSource = track;
                mVideoTrack.mPackets =
                    new AnotherPacketSource(mVideoTrack.mSource->getFormat());

                // video always at the beginning
                mMimes.insertAt(String8(mime), 0);
            }
        }
        //省略
    }
    //省略

    return OK;
}

上述代码只保留了主干，这段代码的主要做了这些事情：

  • 创建RemoteMediaExtractor，并返回其Bp端（BpMediaExtractor）。这里比较复杂，稍后详细展开。
  • 通过BpMediaExtractor调用getMetaData()读取并解析MP4文件的metadata，保存到mFileMeta中。
  • 调用countTracks()获取MP4文件中包含的track数量。
  • 依次遍历这些track，根据其内的MIME type将对应的track区分为video还是audio track，保存在mVideoTrack/mAudioTrack中。mVideoTrack/mAudioTrack每个都会创建一个AnotherPacketSource保存起来，这个AnotherPacketSource应该就是为后面解码提供数据了。

MediaExtractorFactory::Create()

下面来解析下MediaExtractorFactory::Create()。

//frameworks/av/media/libstagefright/MediaExtractorFactory.cpp
sp<IMediaExtractor> MediaExtractorFactory::Create(
        const sp<DataSource> &source, const char *mime) {
    ALOGV("MediaExtractorFactory::Create %s", mime);

    // remote extractor
    ALOGV("get service manager");
    sp<IBinder> binder = defaultServiceManager()->getService(String16("media.extractor"));

    if (binder != 0) {
        sp<IMediaExtractorService> mediaExService(
                    interface_cast<IMediaExtractorService>(binder));
        sp<IMediaExtractor> ex;
        mediaExService->makeExtractor(
                    CreateIDataSourceFromDataSource(source),
                    mime ? std::optional<std::string>(mime) : std::nullopt,
                    &ex);
        return ex;
    }
}

调用extractor的makeExtractor()方法直接创建extractor。在此之前，需要先从TinyCacheSource对象中剥离出BpDataSource，因为需要跨binder传输。

//frameworks/av/media/libstagefright/InterfaceUtils.cpp
sp<IDataSource> CreateIDataSourceFromDataSource(const sp<DataSource> &source) {
    if (source == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    return RemoteDataSource::wrap(source);
}

//frameworks/av/media/libstagefright/include/media/stagefright/RemoteDataSource.h
static sp<IDataSource> wrap(const sp<DataSource> &source) {
	if (source.get() == nullptr) {
		return nullptr;
	}
	if (source->getIDataSource().get() != nullptr) {
		return source->getIDataSource();
	}
	return new RemoteDataSource(source);
}

来看看makeExtractor()方法：

//frameworks/av/services/mediaextractor/MediaExtractorService.cpp
::android::binder::Status MediaExtractorService::makeExtractor(
        const ::android::sp<::android::IDataSource>& remoteSource,
        const ::std::optional< ::std::string> &mime,
        ::android::sp<::android::IMediaExtractor>* _aidl_return) {
    ALOGV("@@@ MediaExtractorService::makeExtractor for %s", mime ? mime->c_str() : nullptr);

    sp<DataSource> localSource = CreateDataSourceFromIDataSource(remoteSource);

    MediaBuffer::useSharedMemory();
    sp<IMediaExtractor> extractor = MediaExtractorFactory::CreateFromService(
            localSource,
            mime ? mime->c_str() : nullptr);

    ALOGV("extractor service created %p (%s)",
            extractor.get(),
            extractor == nullptr ? "" : extractor->name());

    if (extractor != nullptr) {
        registerMediaExtractor(extractor, localSource, mime ? mime->c_str() : nullptr);
    }
    *_aidl_return = extractor;
    return binder::Status::ok();
}

这里remoteSource经过binder已经处于extractor service端了，那已经是RemoteDataSource的本体了。在service端会通过CreateDataSourceFromIDataSource()将RemoteDataSource重新封装成另一个TinyCacheSource对象。虽然这里和GenericSource端的TinyCacheSource是不同的东西，但其核心都是指向extractor service端的RemoteDataSource。

接下来就要开始真正创建extractor了。

//frameworks/av/media/libstagefright/MediaExtractorFactory.cpp
sp<IMediaExtractor> MediaExtractorFactory::CreateFromService(
        const sp<DataSource> &source, const char *mime) {

    ALOGV("MediaExtractorFactory::CreateFromService %s", mime);

    void *meta = nullptr;
    void *creator = NULL;
    FreeMetaFunc freeMeta = nullptr;
    float confidence;
    sp<ExtractorPlugin> plugin;
    uint32_t creatorVersion = 0;

    creator = sniff(source, &confidence, &meta, &freeMeta, plugin, &creatorVersion);
    if (!creator) {
        ALOGV("FAILED to autodetect media content.");
        return NULL;
    }

    MediaExtractor *ex = nullptr;
    if (creatorVersion == EXTRACTORDEF_VERSION_NDK_V1 ||
            creatorVersion == EXTRACTORDEF_VERSION_NDK_V2) {
        CMediaExtractor *ret = ((CreatorFunc)creator)(source->wrap(), meta);
        if (meta != nullptr && freeMeta != nullptr) {
            freeMeta(meta);
        }
        ex = ret != nullptr ? new MediaExtractorCUnwrapper(ret) : nullptr;
    }

    ALOGV("Created an extractor '%s' with confidence %.2f",
         ex != nullptr ? ex->name() : "<null>", confidence);

    return CreateIMediaExtractorFromMediaExtractor(ex, source, plugin);
}

void *MediaExtractorFactory::sniff(
        const sp<DataSource> &source, float *confidence, void **meta,
        FreeMetaFunc *freeMeta, sp<ExtractorPlugin> &plugin, uint32_t *creatorVersion) {
    *confidence = 0.0f;
    *meta = nullptr;

    std::shared_ptr<std::list<sp<ExtractorPlugin>>> plugins;
    {
        Mutex::Autolock autoLock(gPluginMutex);
        if (!gPluginsRegistered) {
            return NULL;
        }
        plugins = gPlugins;
    }

    void *bestCreator = NULL;
    for (auto it = plugins->begin(); it != plugins->end(); ++it) {
        ALOGV("sniffing %s", (*it)->def.extractor_name);

        float newConfidence;
        void *newMeta = nullptr;
        FreeMetaFunc newFreeMeta = nullptr;

        void *curCreator = NULL;
        if ((*it)->def.def_version == EXTRACTORDEF_VERSION_NDK_V1) {
            curCreator = (void*) (*it)->def.u.v2.sniff(
                    source->wrap(), &newConfidence, &newMeta, &newFreeMeta);
        } else if ((*it)->def.def_version == EXTRACTORDEF_VERSION_NDK_V2) {
            curCreator = (void*) (*it)->def.u.v3.sniff(
                    source->wrap(), &newConfidence, &newMeta, &newFreeMeta);
        }

        if (curCreator) {
            if (newConfidence > *confidence) {
                *confidence = newConfidence;
                if (*meta != nullptr && *freeMeta != nullptr) {
                    (*freeMeta)(*meta);
                }
                *meta = newMeta;
                *freeMeta = newFreeMeta;
                plugin = *it;
                bestCreator = curCreator;
                *creatorVersion = (*it)->def.def_version;
            } else {
                if (newMeta != nullptr && newFreeMeta != nullptr) {
                    newFreeMeta(newMeta);
                }
            }
        }
    }

    return bestCreator;
}

//frameworks/av/media/libstagefright/InterfaceUtils.cpp
sp<IMediaExtractor> CreateIMediaExtractorFromMediaExtractor(
        MediaExtractor *extractor,
        const sp<DataSource> &source,
        const sp<RefBase> &plugin) {
    if (extractor == nullptr) {
        return nullptr;
    }
    return RemoteMediaExtractor::wrap(extractor, source, plugin);
}

罗列下CreateFromService()做的事情：

  • 调用自身的sniff()方法来依次遍历注册在系统内的gPlugins（ExtractorPlugin list），逐个调用每个extractor实现的sniff()来解析文件，成功解析则会返回一个confidence。然后再根据这个confidence来选取一个得分最高的extractor，本文则选取的是libmp4extractor。
  • sniff()执行完，返回的是libmp4extractor的CreateExtractor函数指针。直接执行CreateExtractor()，这里会创建一个MPEG4Extractor并wrap成CMediaExtractor返回。
  • CMediaExtractor进一步被wrap成MediaExtractorCUnwrapper对象。
  • 为了能够跨binder操作，又通过CreateIMediaExtractorFromMediaExtractor()将MediaExtractorCUnwrapper封装成RemoteMediaExtractor对象。

看到这里，可以看出这个RemoteMediaExtractor已经和libmp4extractor中创建的MPEG4Extractor挂钩了。

MPEG4Extractor关于sniff()和CreateExtractor()代码这里就不贴了，代码位置在frameworks/av/media/extractors/mp4/，大家自行查看。

extractor相关操作

上面的分析完，extractor已经创建了，接下来就是执行initFromDataSource()中的四个操作了：

  • getMetaData()
  • countTracks()
  • getTrack()
  • getTrackMetaData()

上述四个接口看名字都能大概知道是在做什么。四个接口都会调用到readMetaData()方法。

//frameworks/av/media/extractors/mp4/MPEG4Extractor.cpp
status_t MPEG4Extractor::readMetaData() {
    if (mInitCheck != NO_INIT) {
        return mInitCheck;
    }

    off64_t offset = 0;
    status_t err;
    bool sawMoovOrSidx = false;

    while (!((mHasMoovBox && sawMoovOrSidx && (mMdatFound || mMoofFound)) ||
             (mIsHeif && (mPreferHeif || !mHasMoovBox) &&
                     (mItemTable != NULL) && mItemTable->isValid()))) {
        off64_t orig_offset = offset;
        err = parseChunk(&offset, 0);

        if (err != OK && err != UNKNOWN_ERROR) {
            break;
        } else if (offset <= orig_offset) {
            // only continue parsing if the offset was advanced,
            // otherwise we might end up in an infinite loop
            ALOGE("did not advance: %lld->%lld", (long long)orig_offset, (long long)offset);
            err = ERROR_MALFORMED;
            break;
        } else if (err == UNKNOWN_ERROR) {
            sawMoovOrSidx = true;
        }
    }

    if ((mIsAvif || mIsHeif) && (mItemTable != NULL) && (mItemTable->countImages() > 0)) {
        //avif/heif图片相关处理，省略
    }

    if (mInitCheck == OK) {
        if (findTrackByMimePrefix("video/") != NULL) {
            AMediaFormat_setString(mFileMetaData,
                    AMEDIAFORMAT_KEY_MIME, MEDIA_MIMETYPE_CONTAINER_MPEG4);
        } else if (findTrackByMimePrefix("audio/") != NULL) {
            AMediaFormat_setString(mFileMetaData,
                    AMEDIAFORMAT_KEY_MIME, "audio/mp4");
        } else if (findTrackByMimePrefix(
                MEDIA_MIMETYPE_IMAGE_ANDROID_HEIC) != NULL) {
            AMediaFormat_setString(mFileMetaData,
                    AMEDIAFORMAT_KEY_MIME, MEDIA_MIMETYPE_CONTAINER_HEIF);
        } else if (findTrackByMimePrefix(
                MEDIA_MIMETYPE_IMAGE_AVIF) != NULL) {
            AMediaFormat_setString(mFileMetaData,
                    AMEDIAFORMAT_KEY_MIME, MEDIA_MIMETYPE_IMAGE_AVIF);
        } else {
            AMediaFormat_setString(mFileMetaData,
                    AMEDIAFORMAT_KEY_MIME, "application/octet-stream");
        }
    } else {
        mInitCheck = err;
    }

    CHECK_NE(err, (status_t)NO_INIT);

    // copy pssh data into file metadata
    //pssh DRM解密相关处理，省略

    return mInitCheck;
}

这里的主体内容就是那个while循环以及循环内的parseChunk()函数。这个parseChunk()的命名感觉不太合适，个人觉得改成parseBox()更好，不容易引起初学者的误解（我刚学的时候乍一看以为是media data中的chunk概念）。

parseChunk()方法很长，这里就不贴了，简单解释以下它的功能：

它是一个递归函数，在外层while循环里会从MP4文件的开头开始启动parseChunk()函数去依次解析文件中的每个box，如果这个box是一个container box，那么它就会去递归的解析下一级的box直到没有更下一级的box为止。解析出来的信息会保存到MPEG4Extractor的变量中。

说一句题外话，大家学习的时候如果能下载到对应视频格式解析软件，最好还是下载一个。我这里用的是“MP4 Inspector”软件。实际做extractor开发和维护工作还是需要诸多的spec来支撑的。

用这个软件打开我用的MP4文件的信息可以很清晰的看到如下内容：

返回正文，parseChunk()方法读取文件的功能则是通过mDataSource->readAt()来做到的，实际就是调用上文中创建的FileSource去读取。

第二部分到这里就分析结束了。AnotherPacketSource的内容在本节暂不展开了，等后续学习完了在其他章节解读。

在开始讲解第三部分之前，简单提一下notifyVideoSizeChanged()和notifyFlagsChanged()这两个方法。

  • notifyVideoSizeChanged()是将从视频文件中读取到的video的width和height通知到NuPlayer中去。
  • notifyFlagsChanged()是将FLAG_CAN_PAUSE/FLAG_CAN_SEEK_BACKWARD/FLAG_CAN_SEEK_FORWARD/FLAG_CAN_SEEK这四个flags通知到NuPlayer中去并保存到mPlayerFlags中。在java层会调用getMetadata()接口时在NuPlayer中会根据mPlayerFlags构造成一个Metadata返回。

finishPrepareAsync()

//frameworks/av/media/libmediaplayerservice/nuplayer/GenericSource.cpp
void NuPlayer::GenericSource::finishPrepareAsync() {
    ALOGV("finishPrepareAsync");

    status_t err = startSources();
    if (err != OK) {
        ALOGE("Failed to init start data source!");
        notifyPreparedAndCleanup(err);
        return;
    }

    if (mIsStreaming) {
        mCachedSource->resumeFetchingIfNecessary();
        mPreparing = true;
        schedulePollBuffering();
    } else {
        notifyPrepared();
    }

    if (mAudioTrack.mSource != NULL) {
        postReadBuffer(MEDIA_TRACK_TYPE_AUDIO);
    }

    if (mVideoTrack.mSource != NULL) {
        postReadBuffer(MEDIA_TRACK_TYPE_VIDEO);
    }
}

status_t NuPlayer::GenericSource::startSources() {
    // Start the selected A/V tracks now before we start buffering.
    // Widevine sources might re-initialize crypto when starting, if we delay
    // this to start(), all data buffered during prepare would be wasted.
    // (We don't actually start reading until start().)
    //
    // TODO: this logic may no longer be relevant after the removal of widevine
    // support

    if (mAudioTrack.mSource != NULL && mAudioTrack.mSource->start() != OK) {
        ALOGE("failed to start audio track!");
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

    if (mVideoTrack.mSource != NULL && mVideoTrack.mSource->start() != OK) {
        ALOGE("failed to start video track!");
        return UNKNOWN_ERROR;
    }

    return OK;
}

这里主要关注两个函数：startSources()和postReadBuffer()。由于篇幅原因，不再展开code。直接文字简要描述他俩的功能：

  • startSources()：看名字是start，其实还没有start起来。这里主要是在分配、创建MediaBuffer并加入管理。
  • postReadBuffer()：这个才是真正开始从视频文件中读取media data的地方。

总结

onPrepareAsync() 函数到这里结束，主要内容基本都过了一遍，暂时还缺少了MediaBuffer的部分没有涉及到。下面还是老规矩，以图的方式总结下本节的内容：

图一 onPrepareAsync()执行流程

图二 MP4 extractor关系架构图

看代码感觉还没那么强烈，但是从图二的架构图来看，就可以看出设计NuPlayer这个架构的架构师太牛了。图中绿色方框框起来的是MP4 extractor自己实现的内容，其他extractor也是按照这种方式去替换方框中的实现即可。这种plugin的设计模式太溜了。

图三 mp4常见组成box示意图

图三是我简单查看spec稍微画的一个示意图，只画了常见的一些内容，并不专业和正确，只是方便我自己回顾。

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