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流媒体程序开发之：H264解码器移植到OPhone

2009-09-20 955
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简介： 1.   移植目标        将H.264解码器移植到OPhone操作系统之上（NDK+C），并写一个测试程序（OPhoneSDK+Java）测试解码库是否正常运行，下面是解码时的截图：         OPhone的模拟器和Mobile的模拟器一样是模拟ARM指令的，不像Symbian模拟器一样执行的是本地代码，所以在模拟器上模拟出来的效率会比 真实手机上的效率要低，之前这款解码器已经优化到在nokia 6600（相当低端的一款手机，CPU主频才120Hz）上做到在线播放。
1.   移植目标
       将H.264解码器移植到OPhone操作系统之上（NDK+C），并写一个测试程序（OPhoneSDK+Java）测试解码库是否正常运行，下面是解码时的截图：


        OPhone的模拟器和Mobile的模拟器一样是模拟ARM指令的，不像Symbian模拟器一样执行的是本地代码，所以在模拟器上模拟出来的效率会比 真实手机上的效率要低，之前这款解码器已经优化到在nokia 6600（相当低端的一款手机，CPU主频才120Hz）上做到在线播放。
 

2. 面向人群
       本文面向有一定的手机应用开发经验（例如：S60/Mobile/MTK）和有一定的跨手机平台移植经验的人员，帮助她们了解一个企业的核心库（C/C++）是怎么移植到OPhone之上的。
 

3. 假定前提
1)熟悉Java/C/C++语言；
2)熟悉Java的JNI技术；
3)有一定的跨手机平台移植经验；
4)有一套可供移植的源代码库，这里以H.264解码库为例，为了保护我们的知识版权，这里只能够公开头文件：
  

  1. #ifndef __H264DECODE_H__  
  2. #define __H264DECODE_H__  
  3.   
  4. #if defined(__SYMBIAN32__)  //S602rd/3rd/UIQ  
  5.     #include <e32base.h>  
  6.     #include <libc"stdio.h>  
  7.     #include <libc"stdlib.h>  
  8.     #include <libc"string.h>  
  9. #else                       //Windows/Mobile/MTK/OPhone  
  10.     #include <stdio.h>  
  11.     #include <stdlib.h>  
  12.     #include <string.h>  
  13. #endif  
  14.   
  15. class H264Decode  
  16. {  
  17. public:  
  18.     /***************************************************************************/  
  19.     /* 构造解码器                                                        */  
  20.     /* @return H264Decode解码器实例                                      */  
  21.     /***************************************************************************/  
  22.     static H264Decode *H264DecodeConstruct();  
  23.     /***************************************************************************/  
  24.     /* 解码一帧                                                     */  
  25.     /* @pInBuffer   指向H264的视频流                                      */  
  26.     /* @iInSize H264视频流的大小                                      */  
  27.     /* @pOutBuffer  解码后的视频视频                                        */  
  28.     /* @iOutSize    解码后的视频大小                                        */  
  29.     /* @return      已解码的H264视频流的尺寸                              */  
  30.     /***************************************************************************/  
  31.     int DecodeOneFrame(unsigned char *pInBuffer,unsigned int iInSize,unsigned char *pOutBuffer,unsigned int &iOutSize);  
  32.     ~H264Decode();  
  33. };  
  34. #endif  // __H264DECODE_H__  

      你不用熟悉OPhone平台，一切从零开始，因为在此之前，我也不熟悉。
 

4.  开发环境(请参考: http://www.ophonesdn.com/documentation/)
 

5.  移植过程

5.1 移植流程

5.2 封装Java接口

        在“假定前提”中提到了要移植的函数，接下来会编写这些 函数的Java Native Interface。

  1. package ophone.streaming.video.h264;  
  2.   
  3. import java.nio.ByteBuffer;  
  4.   
  5. public class H264decode {  
  6.       
  7. //H264解码库指针，因为Java没有指针一说，所以这里用一个32位的数来存放指针的值  
  8.     private long H264decode = 0;  
  9.       
  10.     static{     
  11.         System.loadLibrary("H264Decode");  
  12.     }  
  13.   
  14.     public H264decode() {  
  15.         this.H264decode = Initialize();  
  16.     }  
  17.       
  18.     public void Cleanup() {  
  19.         Destroy(H264decode);  
  20.     }  
  21.       
  22.     public int DecodeOneFrame(ByteBuffer pInBuffer,ByteBuffer pOutBuffer) {  
  23.         return DecodeOneFrame(H264decode, pInBuffer, pOutBuffer);  
  24.     }  
  25.   
  26.     private native static int DecodeOneFrame(long H264decode,ByteBuffer pInBuffer,ByteBuffer pOutBuffer);  
  27.     private native static long Initialize();  
  28.     private native static void Destroy(long H264decode);  
  29. }  


         这块没什么好说的，就是按照H264解码库的函数，封装的一层接口，如果你熟悉Java JNI，会发现原来是这么类似。这里插入一句：我一直认为技术都是相通的，底层的技术就那么几种，学懂了，其它技术都是一通百通。

5.3 使用C实现本地方法

5.3.1生成头文件

        使用javah命令生成JNI头文件，这里需要注意是class路径不是源代码的路径，并且要加上包名：

        这里生成了一个ophone_streaming_video_h264_H264decode.h，我们打开来看看：

  1. #include <jni.h>  
  2.   
  3. #ifndef _Included_ophone_streaming_video_h264_H264decode  
  4. #define _Included_ophone_streaming_video_h264_H264decode  
  5. #ifdef __cplusplus  
  6. extern "C" {  
  7. #endif  
  8.   
  9. JNIEXPORT jint JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_DecodeOneFrame  
  10.   (JNIEnv *, jclass, jlong, jobject, jobject);  
  11.   
  12. JNIEXPORT jlong JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_Initialize  
  13.   (JNIEnv *, jclass);  
  14.   
  15. JNIEXPORT void JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_Destroy  
  16.   (JNIEnv *, jclass, jlong);  
  17.   
  18. #ifdef __cplusplus  
  19. }  
  20. #endif  
  21. #endif  

5.3.2 实现本地方法

        之前已经生成了JNI头文件，接下来只需要实现这个头文件的几个导出函数，这里以H264解码器的实现为例：

  1. #include "ophone_streaming_video_h264_H264decode.h"  
  2. #include "H264Decode.h"  
  3.   
  4. JNIEXPORT jint JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_DecodeOneFrame  
  5.   (JNIEnv * env, jclass obj, jlong decode, jobject pInBuffer, jobject pOutBuffer) {  
  6.   
  7.     H264Decode *pDecode = (H264Decode *)decode;  
  8.     unsigned char *In = NULL;unsigned char *Out = NULL;  
  9.     unsigned int InPosition = 0;unsigned int InRemaining = 0;unsigned int InSize = 0;  
  10.     unsigned int OutSize = 0;  
  11.     jint DecodeSize = -1;  
  12.   
  13.     jbyte *InJbyte = 0;  
  14.     jbyte *OutJbyte = 0;  
  15.   
  16.     jbyteArray InByteArrary = 0;  
  17.     jbyteArray OutByteArrary = 0;  
  18.   
  19.     //获取Input/Out ByteBuffer相关属性  
  20.     {  
  21.         //Input  
  22.         {  
  23.             jclass ByteBufferClass = env->GetObjectClass(pInBuffer);  
  24.             jmethodID PositionMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"position","()I");  
  25.             jmethodID RemainingMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"remaining","()I");  
  26.             jmethodID ArraryMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"array","()[B");  
  27.               
  28.             InPosition = env->CallIntMethod(pInBuffer,PositionMethodId);  
  29.             InRemaining = env->CallIntMethod(pInBuffer,RemainingMethodId);  
  30.             InSize = InPosition + InRemaining;  
  31.               
  32.             InByteArrary = (jbyteArray)env->CallObjectMethod(pInBuffer,ArraryMethodId);  
  33.           
  34.             InJbyte = env->GetByteArrayElements(InByteArrary,0);  
  35.               
  36.             In = (unsigned char*)InJbyte + InPosition;  
  37.         }  
  38.   
  39.         //Output  
  40.         {  
  41.             jclass ByteBufferClass = env->GetObjectClass(pOutBuffer);  
  42.             jmethodID ArraryMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"array","()[B");  
  43.             jmethodID ClearMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"clear","()Ljava/nio/Buffer;");  
  44.               
  45.             //清理输出缓存区  
  46.             env->CallObjectMethod(pOutBuffer,ClearMethodId);  
  47.   
  48.             OutByteArrary = (jbyteArray)env->CallObjectMethod(pOutBuffer,ArraryMethodId);  
  49.             OutJbyte = env->GetByteArrayElements(OutByteArrary,0);  
  50.   
  51.             Out = (unsigned char*)OutJbyte;  
  52.         }  
  53.     }  
  54.   
  55.     //解码  
  56.     DecodeSize = pDecode->DecodeOneFrame(In,InRemaining,Out,OutSize);  
  57.   
  58.     //设置Input/Output ByteBuffer相关属性  
  59.     {  
  60.         //Input  
  61.         {  
  62.             jclass ByteBufferClass = env->GetObjectClass(pInBuffer);  
  63.             jmethodID SetPositionMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"position","(I)Ljava/nio/Buffer;");  
  64.               
  65.             //设置输入缓冲区偏移  
  66.             env->CallObjectMethod(pInBuffer,SetPositionMethodId,InPosition + DecodeSize);  
  67.         }  
  68.   
  69.         //Output  
  70.         {  
  71.             jclass ByteBufferClass = env->GetObjectClass(pOutBuffer);  
  72.             jmethodID SetPositionMethodId = env->GetMethodID(ByteBufferClass,"position","(I)Ljava/nio/Buffer;");  
  73.   
  74.             //设置输出缓冲区偏移  
  75.             env->CallObjectMethod(pOutBuffer,SetPositionMethodId,OutSize);  
  76.         }  
  77.     }  
  78.   
  79.     //清理  
  80.     env->ReleaseByteArrayElements(InByteArrary,InJbyte,0);  
  81.     env->ReleaseByteArrayElements(OutByteArrary,OutJbyte,0);  
  82.   
  83.     return DecodeSize;  
  84. }  
  85.   
  86. JNIEXPORT jlong JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_Initialize  
  87.   (JNIEnv * env, jclass obj) {  
  88.   
  89.     H264Decode *pDecode = H264Decode::H264DecodeConstruct();  
  90.     return (jlong)pDecode;  
  91. }  
  92.   
  93. JNIEXPORT void JNICALL Java_ophone_streaming_video_h264_H264decode_Destroy  
  94.   (JNIEnv * env, jclass obj, jlong decode) {  
  95.   
  96.     H264Decode *pDecode = (H264Decode *)decode;  
  97.     if (pDecode)  
  98.     {  
  99.         delete pDecode;  
  100.         pDecode = NULL;  
  101.     }  
  102. }  

 5.3.3 编译本地方法

        接下来，只需要把用C实现的本地方法编译为动态链接库，如果之前你用于移植的那个库曾经移植到Symbian上过，那么编译会相当简单，因为NDK的编译器和Symbian的编译器一样，都是采用GCC做交叉编译器。

        首先，需要在$NDK"apps目录下，创建一个项目目录，这里创建了一个H264Decode目录，在H264Decode目录中，创建一个Android.mk文件：
 

  1. APP_PROJECT_PATH := $(call my-dir)  
  2. APP_MODULES      := H264Decode  


       接下来，需要在$NDK"source目录下，创建源代码目录（这里的目录名要和上面创建的项目目录文件名相同），这里创建一个H264Decode目录，然后把之前生成的JNI头文件和你实现的本地方法相关头文件和源代码，都拷贝到   这个目录下面。

          然后，我们编辑Android.mk文件：

  1. LOCAL_PATH := $(call my-dir)  
  2. include $(CLEAR_VARS)  
  3. LOCAL_MODULE    := H264Decode  
  4. LOCAL_SRC_FILES := common.c cabac.c utils.c golomb.c mpegvideo.c mem.c imgconvert.c h264decode.cpp h264.c dsputil.c ophone_streaming_video_h264_H264decode.cpp  
  5. include $(BUILD_SHARED_LIBRARY)  


        关于Android.mk文件中，各个字段的解释，可以参考$NDK"doc下的《OPHONE-MK.TXT》和《OVERVIEW.TXT》，里面有详细的介绍。

        最后，我们启动Cygwin，开始编译：

       如果你看到了Install:**，这说明你的库已经编译好了。

       FAQ 2：
       如果编译遇到下面错误，怎么办？

  1. error: redefinition of typedef 'int8_t'  

   需要注释掉你的代码中“typedef signed char  int8_t;”，如果你的代码之前是已经移植到了Mobile/Symbian上的话，很有可能遇到这个问题。
       

5.4 编写库测试程序

    用Eclipse创建一个OPhone工程，在入口类中输入如下代码：

  1. /**    
  2.  * @author ophone 
  3.  * @email 3751624@qq.com 
  4.  */  
  5.   
  6. package ophone.streaming.video.h264;  
  7.   
  8. import java.io.File;  
  9. import java.io.FileInputStream;  
  10. import java.io.InputStream;  
  11. import java.nio.ByteBuffer;  
  12. import OPhone.app.Activity;  
  13. import OPhone.graphics.BitmapFactory;  
  14. import OPhone.os.Bundle;  
  15. import OPhone.os.Handler;  
  16. import OPhone.os.Message;  
  17. import OPhone.widget.ImageView;  
  18. import OPhone.widget.TextView;  
  19.   
  20. public class H264Example extends Activity {  
  21.       
  22.     private static final int VideoWidth = 352;  
  23.     private static final int VideoHeight = 288;  
  24.       
  25.     private ImageView ImageLayout = null;  
  26.     private TextView FPSLayout = null;  
  27.     private H264decode Decode = null;  
  28.     private Handler H = null;  
  29.     private byte[] Buffer = null;  
  30.       
  31.     private int DecodeCount = 0;  
  32.     private long StartTime = 0;  
  33.   
  34.     public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  35.           
  36.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  37.         setContentView(R.layout.main);  
  38.           
  39.         ImageLayout = (ImageView) findViewById(R.id.ImageView);  
  40.         FPSLayout = (TextView) findViewById(R.id.TextView);  
  41.         Decode = new H264decode();  
  42.           
  43.         StartTime = System.currentTimeMillis();  
  44.           
  45.         new Thread(new Runnable(){  
  46.             public void run() {  
  47.                 StartDecode();  
  48.             }  
  49.         }).start();  
  50.           
  51.         H = new Handler(){  
  52.             public void handleMessage(Message msg) {  
  53.                 ImageLayout.invalidate();  
  54.                 ImageLayout.setImageBitmap(BitmapFactory.decodeByteArray(Buffer, 0, Buffer.length));  
  55.                   
  56.                 long Time = (System.currentTimeMillis()-StartTime)/1000;  
  57.                 if(Time > 0){  
  58.                     FPSLayout.setText("花费时间:" + Time + "秒  解码帧数:" + DecodeCount + "  FPS:" + (DecodeCount/Time) );  
  59.                 }  
  60.             }  
  61.         };  
  62.     }  
  63.       
  64.     private void StartDecode(){  
  65.           
  66.         File h264file = new File("/tmp/Demo.264");  
  67.         InputStream h264stream = null;  
  68.         try {  
  69.               
  70.             h264stream = new FileInputStream(h264file);  
  71.             ByteBuffer pInBuffer = ByteBuffer.allocate(51200);//分配50k的缓存  
  72.             ByteBuffer pRGBBuffer = ByteBuffer.allocate(VideoWidth*VideoHeight*3);  
  73.               
  74.             while (h264stream.read(pInBuffer.array(), pInBuffer.position(), pInBuffer.remaining()) >= 0) {  
  75.                   
  76.                 pInBuffer.position(0);  
  77.                 do{  
  78.                     int DecodeLength = Decode.DecodeOneFrame(pInBuffer, pRGBBuffer);  
  79.                       
  80.                     //如果解码成功，把解码出来的图片显示出来  
  81.                     if(DecodeLength > 0 && pRGBBuffer.position() > 0){  
  82.                           
  83.                         //转换RGB字节为BMP  
  84.                         BMPImage bmp = new BMPImage(pRGBBuffer.array(),VideoWidth,VideoHeight);  
  85.                         Buffer = bmp.getByte();  
  86.               
  87.                         H.sendMessage(H.obtainMessage());  
  88.   
  89.                         Thread.sleep(1);  
  90.                         DecodeCount ++;  
  91.                     }  
  92.                       
  93.                 }while(pInBuffer.remaining() > 10240);//确保缓存区里面的数据始终大于10k  
  94.                   
  95.                 //清理已解码缓冲区  
  96.                 int Remaining = pInBuffer.remaining();  
  97.                 System.arraycopy(pInBuffer.array(), pInBuffer.position(), pInBuffer.array(), 0, Remaining);  
  98.                 pInBuffer.position(Remaining);  
  99.             }  
  100.               
  101.         } catch (Exception e1) {  
  102.             e1.printStackTrace();  
  103.         } finally {  
  104.             try{h264stream.close();} catch(Exception e){}  
  105.         }  
  106.           
  107.     }  
  108.   
  109.     protected void onDestroy() {  
  110.         super.onDestroy();  
  111.         Decode.Cleanup();  
  112.     }  
  113. }  

      BMPImage是一个工具类，主要用于把RGB序列，转换为BMP图象用于显示：

  1. @author ophone  
  2.  * @email 3751624@qq.com  
  3. */  
  4.   
  5. package ophone.streaming.video.h264;  
  6.   
  7. import java.nio.ByteBuffer;  
  8.   
  9. public class BMPImage {  
  10.   
  11.     // --- 私有常量  
  12.     private final static int BITMAPFILEHEADER_SIZE = 14;  
  13.     private final static int BITMAPINFOHEADER_SIZE = 40;  
  14.   
  15.     // --- 位图文件标头  
  16.     private byte bfType[] = { 'B', 'M' };  
  17.     private int bfSize = 0;  
  18.     private int bfReserved1 = 0;  
  19.     private int bfReserved2 = 0;  
  20.     private int bfOffBits = BITMAPFILEHEADER_SIZE + BITMAPINFOHEADER_SIZE;  
  21.   
  22.     // --- 位图信息标头  
  23.     private int biSize = BITMAPINFOHEADER_SIZE;  
  24.     private int biWidth = 176;  
  25.     private int biHeight = 144;  
  26.     private int biPlanes = 1;  
  27.     private int biBitCount = 24;  
  28.     private int biCompression = 0;  
  29.     private int biSizeImage = biWidth*biHeight*3;  
  30.     private int biXPelsPerMeter = 0x0;  
  31.     private int biYPelsPerMeter = 0x0;  
  32.     private int biClrUsed = 0;  
  33.     private int biClrImportant = 0;  
  34.       
  35.     ByteBuffer bmpBuffer = null;  
  36.       
  37.     public BMPImage(byte[] Data,int Width,int Height){  
  38.         biWidth = Width;  
  39.         biHeight = Height;  
  40.           
  41.         biSizeImage = biWidth*biHeight*3;  
  42.         bfSize = BITMAPFILEHEADER_SIZE + BITMAPINFOHEADER_SIZE + biWidth*biHeight*3;  
  43.         bmpBuffer = ByteBuffer.allocate(BITMAPFILEHEADER_SIZE + BITMAPINFOHEADER_SIZE + biWidth*biHeight*3);  
  44.           
  45.         writeBitmapFileHeader();  
  46.         writeBitmapInfoHeader();  
  47.         bmpBuffer.put(Data);  
  48.     }  
  49.       
  50.     public byte[] getByte(){  
  51.         return bmpBuffer.array();  
  52.     }  
  53.       
  54.     private byte[] intToWord(int parValue) {  
  55.   
  56.         byte retValue[] = new byte[2];  
  57.   
  58.         retValue[0] = (byte) (parValue & 0x00FF);  
  59.         retValue[1] = (byte) ((parValue >> 8) & 0x00FF);  
  60.   
  61.         return (retValue);  
  62.     }  
  63.   
  64.     private byte[] intToDWord(int parValue) {  
  65.   
  66.         byte retValue[] = new byte[4];  
  67.   
  68.         retValue[0] = (byte) (parValue & 0x00FF);  
  69.         retValue[1] = (byte) ((parValue >> 8) & 0x000000FF);  
  70.         retValue[2] = (byte) ((parValue >> 16) & 0x000000FF);  
  71.         retValue[3] = (byte) ((parValue >> 24) & 0x000000FF);  
  72.   
  73.         return (retValue);  
  74.   
  75.     }  
  76.       
  77.     private void writeBitmapFileHeader () {  
  78.           
  79.         bmpBuffer.put(bfType);  
  80.         bmpBuffer.put(intToDWord (bfSize));  
  81.         bmpBuffer.put(intToWord (bfReserved1));  
  82.         bmpBuffer.put(intToWord (bfReserved2));  
  83.         bmpBuffer.put(intToDWord (bfOffBits));  
  84.           
  85.     }  
  86.       
  87.     private void writeBitmapInfoHeader () {  
  88.           
  89.         bmpBuffer.put(intToDWord (biSize));      
  90.         bmpBuffer.put(intToDWord (biWidth));      
  91.         bmpBuffer.put(intToDWord (biHeight));      
  92.         bmpBuffer.put(intToWord (biPlanes));      
  93.         bmpBuffer.put(intToWord (biBitCount));      
  94.         bmpBuffer.put(intToDWord (biCompression));      
  95.         bmpBuffer.put(intToDWord (biSizeImage));      
  96.         bmpBuffer.put(intToDWord (biXPelsPerMeter));      
  97.         bmpBuffer.put(intToDWord (biYPelsPerMeter));      
  98.         bmpBuffer.put(intToDWord (biClrUsed));      
  99.         bmpBuffer.put(intToDWord (biClrImportant));   
  100.           
  101.     }  
  102. }  


         测试程序完整工程在此暂不提供。

5.5集成测试

        集成测试有两点需要注意，在运行程序前，需要把动态库复制到模拟器的/system/lib目录下面，还需要把需要解码的视频传到模拟器的/tmp目录下。
       这里要明确的是，OPhone和Symbian的模拟器都做的太不人性化了，Symbian复制一个文件到模拟器中，要进一堆很深的目录，OPhone的 更恼火，需要敲命令把文件传递到模拟器里，说实话，仅在这点上，Mobile的模拟器做的还是非常人性化的。
       命令：

  1. PATH=D:"OPhone"OPhone SDK"tools"  
  2. adb.exe remount  
  3. adb.exe push D:"Eclipse"workspace"H264Example"libs"armeabi"libH264Decode.so /system/lib  
  4. adb.exe push D:"Eclipse"workspace"H264Example"Demo.264 /tmp  
  5. pause  


      这里解释一下abd push命令：
      adb push <本地文件路径> <远程文件路径>    - 复制文件或者目录到模拟器
      在Eclipse中，启动库测试程序，得到画面如下：
 

        FAQ 3：

        模拟器黑屏怎么办？
        这可能是由于模拟器启动速度比较慢所引起的，所以需要多等一会。希望下个版本能够改进。

原文地址：http://www.ophonesdn.com/article/show/45;jsessionid=306BD3BE92F43DC693BEB09B0234B036



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