Android APP 音视频（02）MediaProjection录屏与MediaCodec编码

说明： 此MediaProjection 录屏和编码实操主要针对Android12.0系统。通过MediaProjection获取屏幕数据，将数据通过mediacodec编码输出H264码流（使用ffmpeg播放），存储到sd卡上。

1  MediaProjection录屏与编码简介

这里主要是使用MediaProjection获取屏幕数据，将数据通过mediacodec编码输出到存储卡上。这里主要介绍 MediaProjection的基本原理和流程、 MediaCodec编码的简单说明，便于对代码有所理解。

1.1 MediaProjection录屏原理和流程

MediaProjection 是 Android 提供的一个用于屏幕捕捉和屏幕录制的功能，它允许应用程序在获得用户授权的情况下捕获设备屏幕的内容。这项技术自 Android 5.0（Lollipop）起引入，并在之后的版本中得到广泛应用和发展。

MediaProjection 的主要组件包括：

  • MediaProjectionManager：系统服务，用于创建和管理 MediaProjection 会话。
  • MediaProjection：表示屏幕捕获会话的令牌，通过用户的授权获得。
  • VirtualDisplay：一个虚拟的显示设备，它可以捕获屏幕内容并将其渲染到指定的 Surface 上。

录屏功能的实现流程如下：

  1. 权限申请：APP需要请求用户授权使用屏幕录制功能。这会涉及 AndroidManifest.xml 文件的修改以及添加必要的权限，如 WRITE_EXTERNAL_STORAGE 和 RECORD_AUDIO。
  2. 触发用户授权：通过 MediaProjectionManager 创建一个 Intent 来触发系统的屏幕录制授权界面。用户同意授权后，应用程序可以在 onActivityResult 中接收到结果。
  3. 获取 MediaProjection 实例：如果用户授权成功，则可以通过 MediaProjectionManager 的 getMediaProjection() 方法获取一个 MediaProjection 实例 。
  4. 创建 VirtualDisplay：使用 MediaProjection 实例创建 VirtualDisplay，它将捕获屏幕内容并将其显示在 Surface 上。
  5. 开始录制：调用 MediaRecorder 的 start() 方法开始录制屏幕内容。
  6. 结束录制：录制完成后，调用 MediaRecorder 的 stop() 和 reset() 方法停止录制并重置 MediaRecorder 状态，然后释放 VirtualDisplay 资源。

MediaProjection 录屏的原理主要是通过系统授权，捕获屏幕内容并利用虚拟显示设备将内容渲染到录制器上，实现屏幕录制的功能。开发者在使用时需要考虑到用户授权、资源管理和异常处理等关键步骤 。

1.2 MediaCodec编码说明

MediaCodec 是 Android 提供的一个音视频编解码器类，允许应用程序对音频和视频数据进行编码（压缩）和解码（解压缩）。它在 Android 4.1（API 级别 16）版本中引入，广泛应用于处理音视频数据，如播放视频、录制音频等。

以下是 MediaCodec 编码的基本步骤：

  1. 创建 MediaCodec 实例：通过调用 MediaCodec.createEncoderByType 方法并传入编码类型（如 "video/avc" 或 "audio/mp4a-latm"）来创建编码器。

  2. 配置编码参数：通过调用 configure 方法配置编码器，传入编码参数如比特率、帧率、编码格式等。

  3. 准备输入和输出 Surface：为编码器准备输入和输出 Surface。输入 Surface 用于传递待编码的数据，输出 Surface 用于接收编码后的数据。

  4. 开始编码：调用 start 方法启动编码器。

  5. 发送输入数据：将待编码的数据通过 write 方法发送到编码器的输入队列。

  6. 处理输出数据：监听输出队列，通过 dequeueOutputBuffer 方法获取编码后的数据，并进行处理或存储。

  7. 停止编码：编码完成后，调用 stop 方法停止编码器。

  8. 释放资源：调用 release 方法释放编码器资源。

MediaCodec 支持处理三种数据类型：压缩数据、原始音频数据和原始视频数据。这些数据可以通过 ByteBuffer 传输给 MediaCodec 进行处理。对于原始视频数据，使用 Surface 作为输入源可以提高编解码器的性能。针对本工程，主要通过获得录屏的原始数据，通过mediacodec压缩成H264码流。

2 MediaProjection录屏与编码代码完整解读(android Q)

2.1 关于权限部分的处理

关于权限，需要在AndroidManifest.xml中添加权限，具体如下所示：

    <uses-permission android:name="android.permission.MANAGE_EXTERNAL_STORAGE"
        tools:ignore="ScopedStorage" />
    <uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE"
        tools:ignore="ScopedStorage" />
    <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"
        tools:ignore="ScopedStorage" />
    <uses-permission android:name="android.permission.FOREGROUND_SERVICE"/>

这里尤其要注意android.permission.FOREGROUND_SERVICE的添加。关于运行时权限的请求等，这里给出一个工具类参考代码，具体如下所示：

public class Permission {
    public static final int REQUEST_MANAGE_EXTERNAL_STORAGE = 1;
    //需要申请权限的数组
    private static final String[] permissions = {
            Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE,
            Manifest.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE,
            Manifest.permission.CAMERA
    };
    //保存真正需要去申请的权限
    private static final List<String> permissionList = new ArrayList<>();

    public static int RequestCode = 100;

    public static void requestManageExternalStoragePermission(Context context, Activity activity) {
        if (!Environment.isExternalStorageManager()) {
            showManageExternalStorageDialog(activity);
        }
    }

    private static void showManageExternalStorageDialog(Activity activity) {
        AlertDialog dialog = new AlertDialog.Builder(activity)
                .setTitle("权限请求")
                .setMessage("请开启文件访问权限，否则应用将无法正常使用。")
                .setNegativeButton("取消", null)
                .setPositiveButton("确定", (dialogInterface, i) -> {
                    Intent intent = new Intent(Settings.ACTION_MANAGE_ALL_FILES_ACCESS_PERMISSION);
                    activity.startActivityForResult(intent, REQUEST_MANAGE_EXTERNAL_STORAGE);
                })
                .create();
        dialog.show();
    }

    public static void checkPermissions(Activity activity) {
        for (String permission : permissions) {
            if (ContextCompat.checkSelfPermission(activity, permission) != PackageManager.PERMISSION_GRANTED) {
                permissionList.add(permission);
            }
        }

        if (!permissionList.isEmpty()) {
            requestPermission(activity);
        }
    }

    public static void requestPermission(Activity activity) {
        ActivityCompat.requestPermissions(activity,permissionList.toArray(new String[0]),RequestCode);
    }
}

2.2 MediaProjection服务的添加

从 Android 12 开始，如果应用需要使用 MediaProjection 进行屏幕录制，必须将相关的服务声明为前台服务。这是因为屏幕录制涉及到用户隐私，因此系统需要确保用户明确知道该服务正在运行。需要在应用的 AndroidManifest.xml 文件中声明服务，并添加相应的权限（2.1中已经添加）和特性，具体编写参考如下：

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    ...>
    <uses-permission android:name="android.permission.FOREGROUND_SERVICE" />

    <application ...>
        <service
            android:name=".serviceset.MediaProjectionService"
            android:exported="true"
            android:foregroundServiceType="mediaProjection" />

        <!-- 其他组件声明 -->
    </application>
</manifest>

添加这些后，接下来需要实现.serviceset.MediaProjectionService 的代码，具体如下所示：

public class MediaProjectionService extends Service {
    private MediaProjection mMediaProjection;
    public static int resultCode;
    public static Intent resultData;
    public static Notification notification;
    public static Context context;

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        startMediaProjectionForeground();
    }

    @Override
    public int onStartCommand(Intent intent, int flags, int startId) {
        MediaProjectionManager mMediaProjectionManager = (MediaProjectionManager) getSystemService(MEDIA_PROJECTION_SERVICE);
        MediaProjection mediaProjection = mMediaProjectionManager.getMediaProjection(resultCode, resultData);
        H264EncoderThread h264EncoderThread = new H264EncoderThread(mediaProjection, 640, 1920);
        h264EncoderThread.start();
        return START_NOT_STICKY;
    }

    @Nullable
    @Override
    public IBinder onBind(Intent intent) {
        return null;
    }

    private void startMediaProjectionForeground() {
        String channelId = "CHANNEL_ID_MEDIA_PROJECTION";
        NotificationManager NOTIFICATION_MANAGER = (NotificationManager) getSystemService(Context.NOTIFICATION_SERVICE);
        NotificationCompat.Builder notificationBuilder = new NotificationCompat.Builder(this,channelId)
                .setSmallIcon(R.mipmap.ic_launcher)
                .setContentTitle("服务已启动");
        NotificationChannel channel = new NotificationChannel(channelId, "屏幕录制", NotificationManager.IMPORTANCE_HIGH);
        NOTIFICATION_MANAGER.createNotificationChannel(channel);
        notificationBuilder.setChannelId(channelId);
        Notification notification = notificationBuilder.build();
        startForeground(1, notification, ServiceInfo.FOREGROUND_SERVICE_TYPE_MEDIA_PROJECTION);
    }
}

2.3 编码的处理

关于编码部分，主要是MediaCodec的初始化、编码处理部分和文件写入操作，代码如下所示：

public class H264EncoderThread extends Thread{
    private MediaProjection mMediaProjection;
    MediaCodec mediaCodec;
    private final String TAG = "H264EncoderThread";
    public H264EncoderThread(MediaProjection mMediaProjection, int width, int height) {
        this.mMediaProjection = mMediaProjection;
        MediaFormat format = MediaFormat.createVideoFormat(MediaFormat.MIMETYPE_VIDEO_AVC, width, height);

        try {
            mediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType("video/avc");
            format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 20);
            format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 30);
            format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, width * height);
            format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface);
            mediaCodec.configure(format,null,null,CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
            Surface surface= mediaCodec.createInputSurface();
            mMediaProjection.createVirtualDisplay("wangdsh-test", width, height, 2,
                    DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_PUBLIC, surface, null, null
            );
        } catch (IOException e) {
            Log.e("TAG",e.toString());
            //e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        super.run();
        mediaCodec.start();
        MediaCodec.BufferInfo info = new MediaCodec.BufferInfo();
        while (true) {
            int outIndex =    mediaCodec.dequeueOutputBuffer(info, 11000);
            if (outIndex >= 0) {
                ByteBuffer byteBuffer =  mediaCodec.getOutputBuffer(outIndex);
                byte[] ba = new byte[byteBuffer.remaining()];
                byteBuffer.get(ba);
                FileUtils.writeBytes(ba);
                FileUtils.writeContent(ba);
                mediaCodec.releaseOutputBuffer(outIndex, false);
            }
        }
    }
}

其中涉及的FileUtils参考实现如下：

public class FileUtils {
    private static final String TAG = "FileUtils";

    public  static  void writeBytes(byte[] array) {
        FileOutputStream writer = null;
        try {
            writer = new FileOutputStream(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/codecoutput.h264", true);
            writer.write(array);
            writer.write('\n');
            writer.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public  static String writeContent(byte[] array) {
        char[] HEX_CHAR_TABLE = {
                '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F'
        };
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (byte b : array) {
            sb.append(HEX_CHAR_TABLE[(b & 0xf0) >> 4]);
            sb.append(HEX_CHAR_TABLE[b & 0x0f]);
        }
        Log.d(TAG, "writeContent-: " + sb.toString());
        try {
            FileWriter writer = new FileWriter(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/codecH264.txt", true);
            writer.write(sb.toString());
            writer.write("\n");
            writer.close();
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return sb.toString();
    }
}

2.4 主流程代码参考实现

这里以 H264encoderMediaProjActivity为例，给出一个MediaProjection录屏与编码功能代码的参考实现。具体实现如下：

public class H264encoderMediaProjActivity extends AppCompatActivity {
    private MediaProjectionManager mMediaProjectionManager;
    Context mContext;
    private ActivityResultLauncher<Intent> screenCaptureLauncher;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        EdgeToEdge.enable(this);
        mContext = this;
        setContentView(R.layout.h264_encode_media_projection);
        ViewCompat.setOnApplyWindowInsetsListener(findViewById(R.id.main), (v, insets) -> {
            Insets systemBars = insets.getInsets(WindowInsetsCompat.Type.systemBars());
            v.setPadding(systemBars.left, systemBars.top, systemBars.right, systemBars.bottom);
            return insets;
        });
        Permission.checkPermissions(this);
        Permission.requestManageExternalStoragePermission(getApplicationContext(), this);
        mMediaProjectionManager = (MediaProjectionManager) getSystemService(MEDIA_PROJECTION_SERVICE);
        screenCaptureLauncher = registerForActivityResult(
                new ActivityResultContracts.StartActivityForResult(),
                result -> {
                    if (result.getResultCode() == Activity.RESULT_OK) {
                        Intent resultData = result.getData();
                        MediaProjectionService.resultCode = result.getResultCode();
                        MediaProjectionService.resultData = resultData;
                        MediaProjectionService.context = mContext;
                        Intent SERVICE_INTENT = new Intent(this, MediaProjectionService.class);
                        startForegroundService(SERVICE_INTENT);
                    }
                }
        );
        Button mButton = findViewById(R.id.button);
        mButton.setOnClickListener(view -> {
            // 创建屏幕录制的 Intent
            Intent captureIntent = mMediaProjectionManager.createScreenCaptureIntent();
            // 启动屏幕录制请求
            screenCaptureLauncher.launch(captureIntent);
        });
    }
}

这里涉及的layout布局文件内容如下：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent"
    android:id="@+id/main"
    tools:context=".MainActivity">

    <Button
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="50dp"
        android:text="@string/startLive"
        android:gravity="center"
        android:id="@+id/button"
        app:layout_constraintBottom_toBottomOf="parent"
        app:layout_constraintLeft_toLeftOf="parent"
        app:layout_constraintRight_toRightOf="parent"
        app:layout_constraintTop_toTopOf="parent" />

</androidx.constraintlayout.widget.ConstraintLayout>

2.5 MediaProjection录屏与编码 demo实现效果

实际运行效果展示如下：

使用ffmpeg对码流进行播放，说明编码生成的码流是有效的，截图如下所示：

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整体架构 合适的架构可以提升可测试性。比如菱形对称架构的模块化和解耦特性使得系统各个部分可以独立进行单元测试。这不仅提高了测试的效率&#xff0c;还能够减少测试的依赖性&#xff0c;提高测试准确性。 代码设计 代码设计和可测试性有密切关联。强烈建议一个方法的代码行…
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