如何构建一个 Android 应用来压缩视频？

随着移动网络的普及，视频应用越来越受欢迎。不过，随之而来的问题是视频文件的大小。为了在保证画质的同时减少视频文件的大小，视频压缩便应运而生。在本文中，我们将探讨如何在 Android 应用中实现视频压缩功能。

1. 压缩算法

视频压缩一般采用的算法为 MPEG （Moving Picture Experts Group）标准。其中最常用的是 H.264/AVC （Advanced Video Coding）和 H.265/HEVC （High Efficiency Video Coding）。前者适用于低码率下的高画质视频，后者则适用于高分辨率下的视频压缩。在本文中，我们将以 H.264/AVC 为例，介绍如何实现视频压缩。

2. 构建 Android 应用

我们将使用 Android Studio 构建 Android 应用。首先，创建一个 Android 项目，并添加以下权限：

<uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE" />
<uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" />

这些权限将允许应用程序访问设备的存储器。接下来，我们需要添加以下依赖项：

dependencies {
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:isoparser:1.1.21'
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:isoparser:1.1.22.LGPL'
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:isoparser:1.1.22'
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:nal-unit:1.1.22'
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:h264-profile-level-itu:1.0.0'
    implementation 'com.googlecode.mp4parser:h264-reader:1.1.0'
}

这些依赖项将允许我们分析和处理视频文件。

3. 视频压缩

在我们开始压缩视频之前，我们需要检查设备上是否存在合适的编解码器。我们可以通过以下代码来实现：

MediaCodecInfo codecInfo = selectCodec(MIME_TYPE);
if (codecInfo == null) {
    Log.e(TAG, "Unable to find an appropriate codec for " + MIME_TYPE);
    return;
}

if (VERBOSE) {
    Log.d(TAG, "Selected codec: " + codecInfo.getName());
}

其中，selectCodec 是一个自定义方法，用于查找支持指定 MIME 类型的编解码器。

接下来，我们需要配置编解码器，并准备输入输出缓冲区：

MediaFormat outputFormat = MediaFormat.createVideoFormat(MIME_TYPE, mWidth, mHeight);
outputFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface);
outputFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, mBitRate);
outputFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, mFrameRate);
outputFormat.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, mIFrameInterval);

MediaCodec encoder = MediaCodec.createEncoderByType(MIME_TYPE);
encoder.configure(outputFormat, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);

Surface inputSurface = encoder.createInputSurface();
encoder.start();

ByteBuffer[] encoderOutputBuffers = encoder.getOutputBuffers();
MediaCodec.BufferInfo bufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
int generateIndex = 0;

在这段代码中，我们设置了输出媒体格式、颜色格式、比特率、帧率以及关键帧间隔。接下来，我们创建了一个输入表面，以便能够以图像而不是音频样本的形式输入原始数据。然后，我们启动编码器并准备输出缓冲区。

编码器的工作原理是将原始视频帧压缩为一个或多个 NALU（Network Abstraction Layer Unit），然后将这些 NALU 打包成 MP4 文件格式。这些 NALU 和 MP4 相关信息存放在编码器的输出缓冲区中。因此，我们可以通过以下代码将输出缓冲区中的数据写入 MP4 文件：

while (!mQuit) {
    int encoderStatus = encoder.dequeueOutputBuffer(bufferInfo, TIMEOUT_USEC);
    if (encoderStatus == MediaCodec.INFO_TRY_AGAIN_LATER) {
        // no output available yet
        if (!endOfStream) {
            break;      // out of while
        } else {
            if (VERBOSE) Log.d(TAG, "no output available, spinning to await EOS");
        }
    } else if (encoderStatus == MediaCodec.INFO_OUTPUT_BUFFERS_CHANGED) {
        // not expected for an encoder 
        encoderOutputBuffers = encoder.getOutputBuffers();
    } else if (encoderStatus == MediaCodec.INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED) {
        // should happen before receiving buffers, and should only happen once 
        MediaFormat newFormat = encoder.getOutputFormat();
        if (VERBOSE) Log.d(TAG, "encoder output format changed: " + newFormat);
    } else if (encoderStatus < 0) {
        // unexpected result from encoder.dequeueOutputBuffer
        if (VERBOSE) Log.e(TAG, "unexpected result from encoder.dequeueOutputBuffer: " + encoderStatus);
    } else {
        if (VERBOSE) Log.d(TAG, "received output buffer: " + encoderStatus);
        ByteBuffer encodedData = encoderOutputBuffers[encoderStatus];
        if (encodedData == null) {
            throw new RuntimeException("encoderOutputBuffer " + encoderStatus + " was null");
        }

        if ((bufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) != 0) {
            // The codec config data was pulled out and fed to the muxer when we got
            // the INFO_OUTPUT_FORMAT_CHANGED status.  Ignore it.
            if (VERBOSE) Log.d(TAG, "ignoring BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG");
            bufferInfo.size = 0;
        }

        if (bufferInfo.size != 0) {
            // adjust the ByteBuffer values to match BufferInfo (not needed?)
            encodedData.position(bufferInfo.offset);
            encodedData.limit(bufferInfo.offset + bufferInfo.size);

            byte[] data = new byte[bufferInfo.size];
            encodedData.get(data);

            // write encoded data to MP4 file
            mMuxer.writeSampleData(mTrackIndex, encodedData, bufferInfo);

            if (VERBOSE) {
                Log.d(TAG, "sent " + data.length + " bytes to muxer, ts=" +
                        bufferInfo.presentationTimeUs);
            }
        }

        encoder.releaseOutputBuffer(encoderStatus, false);

        if ((bufferInfo.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_END_OF_STREAM) != 0) {
            if (!endOfStream) {
                if (VERBOSE) Log.w(TAG, "reached end of stream unexpectedly");
            } else {
                if (VERBOSE) Log.d(TAG, "end of stream reached");
            }
            break;      // out of while
        }
}

在这段代码中，我们首先使用 dequeueOutputBuffer 函数从输出缓冲区中获取数据。如果没有可用的数据，则等待它的到来。如果不再有更多的可用数据，则退出循环。否则，我们可以将获得的数据写入 MP4 文件。

最后，别忘了在应用程序结束时停止编码器：

mEncoder.signalEndOfInputStream();
mQuit = true;

4. 总结

在本文中，我们介绍了如何在 Android 应用程序中使用 H.264/AVC 压缩视频。为了实现这个目标，我们必须选择正确的编解码器、配置编码器、准备输入输出缓冲区，并将输出缓冲区中的数据写入 MP4 文件。

这只是一个简单的例子，实际上在视频编码和压缩方面还有很多需要掌握的东西。希望通过本文的介绍，程序员们能够掌握基本的视频编码和压缩技术，并且在今后的工作中能够灵活地应用它们。