基于Android系统的视频传输方法

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基于Android系统的视频传输方法\n技术领域\n[0001] 本发明技术是在Android系统框架上实现的视频传输方案，利用系统现有的流传输方式，加上H264关键编码信息的提取方法，实现了通用性的Android平台H264视频传输方案。本方案已在多台Android手机和平板电脑上验证通过。\n背景技术\n[0002] 1.Android介绍\n[0003] 自2007年谷歌在全球推出Android智能系统，众多软硬件厂家纷纷响应，积极参与并合作开发了大量Android智能设备。产品种类也逐渐广泛，从最初的手机，到现在的平板电脑，Android电视，机顶盒等。随之开发的应用软件也在日益地丰富起来，Android设备市场占有率逐渐攀升，甚至超过了苹果iOS的增长势头。\n[0004] Android系统目前的软件版本更新很快，从相对成熟的1.6到现在的3.1仅用了两年多时间。当前手机中采用的系统是2.2/2,3版本，而3.0及3.1多用在平板电脑上。\nAndroid软件主要思想是在Linux系统的基础上添加Dalvik虚拟机（类似Java虚拟机），上层开发语言使用Java实现框架和应用程序，架构见图1：\n[0005] 图中下方是Linux内核和硬件抽象层，中间是基于c/c++实现的各种协议库（其中包含Dalvik虚拟机的实现），上层是Java实现的框架和应用程序。这种架构使得应用程序能够跨平台运行，实现了Java的思想“一次编译，到处运行”，大大增加了软件的重用性，这也是现代软件发展的趋势。\n[0006] 2.Android上的视频传输\n[0007] 随着消费者的需求增长，Android手机功能日益强大。音视频应用是Wifi和3G网络发展后的迫切需求，一般分为两种：\n[0008] （1）在线电影：这类服务已经有很多网络公司在提供，它仅用于视频接收，其主要实现方法是将服务器的视频文件按照mms/rtsp等协议发送到Android终端来播放，其特点是注重影片的连续性而并非实时性，影片播放之前经常会缓冲大量视频数据来保证播放的连续性。\n[0009] （2）实时视频：这类服务类似于视频通话，既要接收并播放视频，还要将本地摄像头数据压缩后发送出去（目前Android手机基本没有视频通话的功能，甚至很少有手机带有前置摄像头），与前者不同的地方还有这类服务不但需要保证视频的连续性，还要确保一定的实时性。\n[0010] 我们所探讨的视频服务属于后者，在Android系统中，谷歌并没有给出标准接口来实现这种视频流服务。一般的录像功能都要操作文件对象，由于文件有大小限制，且需要长期读写磁盘，所以这个方法不能适用。\n[0011] 视频通话和视频监控的需求日益增长，有些软件人员开始研究此类技术。其中一种方法使用了LocalSocket接口实现了录像数据流的截获，它用到了LocalSocket类中的文件接口，即建立本地的Socket连接，将它的文件句柄作为参数传给摄像模块，在启动摄像后系统会通过文件接口的InputSream将视频数据写入，而客户程序通过OutputStream接口将数据读出，这样就获取了编码后的数据流。因为本地的网络接口都属于内存操作，速度非常快，数据获取后经过rtp协议可传输到远端机器，此实现方法基本解决了视频流的获取，但是还有不足的地方是：数据传输到对方系统上并不能正常解码。因为视频解码需要的关键信息sps/pps并没有发送过去，而摄像过程没有结束之前并不会产生此类信息。\n发明内容\n[0012] 本发明目的是用来解决上述提及的问题，并利用技术方案实现实时的视频传输，在Android平台上具有通用性。它通过编程方法获取对应手机的H264视频编码参数（sps/pps），用于传输完整的H264视频数据。\n[0013] 本发明的技术方案是：基于Android系统的视频传输方法，其特征是：通过编程方法获取对应手机的H264视频编码参数，编程录取获取相应分辨率的H246格式视频；通过解析3GP文件获得该H264压缩视频的SPS/PPS信息；利用LocalSocket获取视频流并发送；\n[0014] （1）编程录像：根据设定的分辨率参数录很短的3GP格式文件；采取如下步骤：\n创建录像设备、设置录像源为摄像头、设置文件格式为3GP、设置视频帧率、设置编码器为H264、设置显示窗口、设置视频最长1秒、设置输出文件名，启动视频录像；\n[0015] （2）分析文件：解析3GP文件，寻找sps/pps信息并记录存盘，即锁定sps/pps信息存储在stsd包中的固定位置；在采样包列表stsd包中首先判断视频类型是否为avc1，即H264的编码文件；紧接着偏移10字节读取此包剩余内容，这些内容就是H264视频的sps/pps信息(大约几十字节)；将此内容存储到以分辨率命名的文件中；不同分辨率的视频操作流程类似；\n[0016] 采取如下步骤：定位moov包头；定位trak包头；定位mdia包头；定位hdlr包头；\n记录媒体类型；定位minf包头；定位stbl包头；定位stsd包头锁定sps/pps信息存储在stsd包中的固定位置；是否vide类型；是否avc1包；偏移并读剩余包；存文件后退出；以上步骤均是成功后进入下一步，如失败或不成功则返回；\n[0017] （3）视频传输：在视频流传输过程中判断关键帧，并提前发送sps/pps信息；获取了视频编码信息(sps/pps)之后，按照传输的视频分辨率不同，读取分析后存储的sps/pps信息到内存；启动H264视频录像流程，将本地的视频数据通过LocalSocket接口获取；分包并判断视频数据流中的关键帧；以关键帧判断结果为依据，决定是否要发送sps/pps信息；\n[0018] 采取如下步骤：1）进入发送流程；2）创建LocalSocket；3）LocalSocket的文件句柄传入；4）初始化摄像流程；5）读包长，是否为空、如空则重读包长，不空时进入进一步；6）判断包长是否大于0，<128K，是则进入7）；7)读完一包?是则进入8），否则继续读）；9）判断是否为关键帧?是则进入10），否则进入11）；10）发送SPS/PPS信息后进入11），11）发送视频数据到网络；12）判断是否有停止信号?是则进入13），否则进入6）；13）关闭摄像；\n14）关闭LocalSocket，15）退出发送流程。\n[0019] 本发明的有益效果是：用于实时视频传输；这类服务类似于视频通话，不但要接收并播放视频，还要将本地摄像头数据压缩后发送出去，来满足Android平台视频传送功能。这类服务不但需要保证视频的连续性，还要确保一定的实时性。本发明利用Android平台通用接口，提出一种编程方法来获取H264视频编码信息（sps/pps），实现Android平台的视频流服务。\n附图说明\n[0020] 图1是Android系统软件框架图\n[0021] 图2是编程录像流程图\n[0022] 图3是分析流程图\n[0023] 图4是视频发送流程图\n具体实施方案\n[0024] 1.编程录像得到3GP文件\n[0025] 此处采用编程接口来录像，而非直接采用Android平台的录像软件，原因是[0026] （1）必需录取H246格式的视频\n[0027] （2）必需能够任意设置视频分辨率\n[0028] （3）录像文件不包含音频信息\n[0029] （4）文件要足够小\n[0030] Android原录像软件不能很好地满足以上要求来设置参数并录下文件；但本发明用编程方法可以很方便地设置参数并启动录像，获取H246格式的视频，从而得到我们想要的3GP文件。文件大小根据分辨率不同约为几K或几十K字节不等，所以它对存储卡的要求很低，而小文件也可以十分方便和快速地进行分析。录像按照以下流程启动，内容达到1秒钟后结束并生成文件。（录像启动流程见图2）。\n[0031] 编程接口列举：\n[0032] 1.new MediaRecorder()；//创建录像设备\n[0033] 2.setVideoSource(MediaRecorder.VideoSource.CAMERA)；//设置录像源为摄像头\n[0034] 3.setOutputFormat(MediaRecorder.OutputFormat.THREE_GPP)；//设置文件格式为3GP\n[0035] 4.setVideoFrameRate(15)；//设置视频帧率\n[0036] 5.setVideoSize(352，288)；//设置视频分辨率\n[0037] 6.setVideoEncodingBitRate(256K)；//设置视频编码率\n[0038] 7.setVideoEncoder(MediaRecorder.VideoEncoder.H264)；//设 置编码器 为H264\n[0039] 8.setPreviewDisplay(..)；//设置显示窗口\n[0040] 9.setMaxDuration(1000)；//设置视频最长1秒\n[0041] 10.setoutputFile(″\sdcard\cif.3gp″)；//设置输出文件名\n[0042] 11.MediaRecorder.prepare()；MediaRecorder.start()；//启动视频录像[0043] 2.分析文件\n[0044] 3GP文件分析是实现获取视频信息的关键，录下的文件是按照H264的格式存储的，其中含有H264视频中的关键信息(sps/pps)。\n[0045] 3gp文件基于mpeg4，由若干个box组成，一般常见的有：\n[0046] 文件类型包：简称代码ftyp\n[0047] 媒体数据包：简称代码mdat)\n[0048] 影片包：简称代码moov\n[0049] 影片头包：简称代码mvhd\n[0050] 轨迹包：trak包是一个容器，是单个媒体流频道的信息的容器，包含子包:tkhd,mdia\n[0051] 媒体头：简称代码mdhd\n[0052] 媒体类型：简称代码hdlr\n[0053] 媒体信息容器：简称代码minf\n[0054] 媒体采样信息：简称代码stbl\n[0055] 采样时间长度信息：简称代码stts\n[0056] 采样包列表：简称代码stsd\n[0057] 我们解析文件的目标很明确，就是为了获取sps/pps结构信息。根据3GP格式的定义，每包的组成结构都一样，即Length(4字节)+Head(4字节)+Data(Length-8)，编程可以很方便寻找其中某一个数据包。经反复试验,锁定了sps/pps信息存储在采样包列表stsd包中的某固定位置。在采样包列表stsd包中首先判断视频类型是否为avc1，即H264的编码文件；紧接着偏移10字节读取此包剩余内容，这些内容就是H264视频的sps/pps信息(大约几十字节)；将此内容存储到以分辨率命名的文件中供以后调用。不同分辨率的视频操作流程类似。（分析流程见图）定位moov包头；定位trak包头；定位mdia包头；定位hdlr包头；记录媒体类型；定位minf包头；定位stbl包头；定位stsd包头锁定sps/pps信息存储在stsd包中的固定位置；是否vide类型；是否avc1包；偏移并读剩余包；存文件后退出；以上步骤均是成功后进入下一步，如失败或不成功则返回。\n[0058] 3.视频传输\n[0059] 获取了视频编码信息(sps/pps)之后，可采用前文介绍的类似方法：\n[0060] （1）按照传输的视频分辨率不同，读取分析后存储的文件到内存\n[0061] （2）启动H264视频录像流程，将本地的视频数据通过LocalSocket接口获取[0062] （3）分包并判断视频数据流中的关键帧\n[0063] （4）以关键帧判断结果为依据，决定是否要先发送sps/pps信息\n[0064] 1）进入发送流程；2）创建LocalSocket；3）LocalSocket的文件句柄传入；4）初始化摄像流程；5）读包长，是否为空、如空则重读包长，不空时进入进一步；6）判断包长是否大于0，<128K，是则进入7）；7)读完一包?是则进入8），否则继续读）；9）判断是否为关键帧?是则进入10），否则进入11）；10）发送SPS/PPS信息后进入11），11）发送视频数据到网络；12）判断是否有停止信号?是则进入13），否则进入6）；13）关闭摄像；14）关闭LocalSocket，15）退出发送流程。\n[0065] 关键点描述：\n[0066] 1).创建LocalSocket：\n[0067] LocalServerSocket lss；\n[0068] LocalSocket receiver，sender；\n[0069] receiver=new LocalSocket()；\n[0070] lss=new LocalServerSocket(NAME)；\n[0071] receiver.connect(new LocalSocketAddress(NAME))；\n[0072] sender=lss.accept()；\n[0073] 同时建立发送与接收的Socket，并且用LocalServerSocket将两者建立关联。\n[0074] 2).LocalSocket创建成功后，将sender的文件描述符作为视频录像时的文件句柄（参考编程录像流程），文件接口会将视频数据写入本地缓存，如下：\n[0075] setOutputFile(sender.getFileDescriptor())；//设置输出文件名[0076] 3).读取视频数据用以下接口\n[0077] InputStream fis=receiver.getInputStream()；\n[0078] 对fis的循环读操作能够获取连续的视频数据，每数据包开头的4字节是包长，而且每数据包之间有明显的空歇时间，程序可以判断出包头。如果包长小于0或大于128K，说明数据包可能有误，需要继续寻找包头。寻或包头后读取整包的数据准备发送到网络。\n[0079] 4).视频数据发送前判断是否为关键帧，以此决定是否发送SPS/PPS信息。H264视频的关键帧解码必须要有SPS/PPS信息支持，所以判断出关键帧后先发送SPS/PPS数据，再发送关键帧数据，才能满足解码需求。\n[0080] 试验证明，通过以上流程发送了H264视频数据和相应的sps/pps信息到网络接收端，硬件支持的任意分辨率H264视频均能顺利完成解码并显示。\n[0081] 视频发送流程见图4。