前面 Android FFmpeg 开发系列文章中，我们已经利用 FFmpeg 的解码功能和 ANativeWindow 的渲染功能，实现了的视频的解码播放。
但是，当你想为播放器做一些视频滤镜时，如加水印、旋转缩放等效果，使用 OpenGL ES 实现起来就极为方便。
视频解码播放和视频滤镜
1OpenGL ES 渲染解码帧
经过上面几节的介绍，我们对音视频的解码过程已经比较熟悉了。本文要用 OpenGL 实现视频的渲染，这里再回顾下视频的解码流程：
视频的解码流程
从流程图中可以看出，解码一帧图像后，首先将对图像进行格式转换，转换成 RGBA 格式，使用 OpenGL 或 ANativeWindow 可以直接进行渲染。
当然，使用 OpenGL 进行渲染时，为了提升性能，可以将格式转换放到 GPU 上来做(即 shader 实现 YUV 到 RGB 的转换)，也可以使用 OES 纹理直接接收 YUV 图像数据，这里就不进行展开讲了。
了解视频解码到渲染的流程之后，我们就可以构建 OpenGL 渲染环境。
从之前介绍 EGL 的文章中，我们知道在使用 OpenGL API 之前，必须要先利用 EGL 创建好 OpenGL 的渲染上下文环境。至于 EGL 怎么使用，可以参考文章 你还不知道 OpenGLES 与 EGL 的关系。
由于本文是面向初学者快速上手 FFmpeg 开发，我们直接利用 Android GLSurfaceView 类创建 OpenGL 渲染环境，GLSurfaceView 类已经封装了 EGL 创建渲染上下文的操作，并启动了一个独立的渲染线程，完全符合我们渲染视频解码帧的需求。
实际上，GLSurfaceView 类在生产开发中可以满足绝大多数的屏幕渲染场景，一般要实现多线程渲染的时候才需要我们单独操作 EGL 的接口。
那么，你肯定会有疑问：GLSurfaceView 是 Java 的类，难道要将 Native 层解码后的视频图像传到 Java 层再进行渲染吗?大可不必，我们只需要将 Java 层的调用栈通过 JNI 延伸到 Native 层即可。
GLSurfaceView 类 Renderer 接口对应渲染的三个关键函数，我们通过 JNI 延伸到 Native 层：
@Override public void onSurfaceCreated(GL10 gl10, EGLConfig eglConfig) { FFMediaPlayer.native_OnSurfaceCreated(); } @Override public void onSurfaceChanged(GL10 gl10, int w, int h) { FFMediaPlayer.native_OnSurfaceChanged(w, h); } @Override public void onDrawFrame(GL10 gl10) { FFMediaPlayer.native_OnDrawFrame(); } //for video openGL render public static native void native_OnSurfaceCreated(); public static native void native_OnSurfaceChanged(int width, int height); public static native void native_OnDrawFrame();
然后，我们在 Native 层创建一个 OpenGLRender 类来用来管理 OpenGL 的渲染。
//接口class VideoRender {public: virtual ~VideoRender(){} virtual void Init(int videoWidth, int videoHeight, int *dstSize) = 0; virtual void RenderVideoFrame(NativeImage *pImage) = 0; virtual void UnInit() = 0;};//OpenGLRender 类定义class OpenGLRender: public VideoRender{public: virtual void Init(int videoWidth, int videoHeight, int *dstSize); virtual void RenderVideoFrame(NativeImage *pImage); virtual void UnInit(); //对应 Java 层 GLSurfaceView.Renderer 的三个接口 void OnSurfaceCreated(); void OnSurfaceChanged(int w, int h); void OnDrawFrame(); //静态实例管理 static OpenGLRender *GetInstance(); static void ReleaseInstance(); //设置变换矩阵，控制图像的旋转缩放 void UpdateMVPMatrix(int angleX, int angleY, float scaleX, float scaleY);private: OpenGLRender(); virtual ~OpenGLRender(); static std::mutex m_Mutex; static OpenGLRender* s_Instance; GLuint m_ProgramObj = GL_NONE; GLuint m_TextureId; GLuint m_VaoId; GLuint m_VboIds[3]; NativeImage m_RenderImage; glm::mat4 m_MVPMatrix;//变换矩阵};
OpenGLRender 类的完整实现。
#include "OpenGLRender.h"#include #include OpenGLRender* OpenGLRender::s_Instance = nullptr;std::mutex OpenGLRender::m_Mutex;static char vShaderStr[] = "#version 300 es " "layout(location = 0) in vec4 a_position; " "layout(location = 1) in vec2 a_texCoord; " "uniform mat4 u_MVPMatrix; " "out vec2 v_texCoord; " "void main() " "{ " " gl_Position = u_MVPMatrix * a_position; " " v_texCoord = a_texCoord; " "}";static char fShaderStr[] = "#version 300 es " "precision highp float; " "in vec2 v_texCoord; " "layout(location = 0) out vec4 outColor; " "uniform sampler2D s_TextureMap;//采样器 " "void main() " "{ " " outColor = texture(s_TextureMap, v_texCoord); " "}";GLfloat verticesCoords[] = { -1.0f, 1.0f, 0.0f, // Position 0 -1.0f, -1.0f, 0.0f, // Position 1 1.0f, -1.0f, 0.0f, // Position 2 1.0f, 1.0f, 0.0f, // Position 3};GLfloat textureCoords[] = { 0.0f, 0.0f, // TexCoord 0 0.0f, 1.0f, // TexCoord 1 1.0f, 1.0f, // TexCoord 2 1.0f, 0.0f // TexCoord 3};GLushort indices[] = { 0, 1, 2, 0, 2, 3 };OpenGLRender::OpenGLRender() {}OpenGLRender::~OpenGLRender() { // 释放缓存图像 NativeImageUtil::FreeNativeImage(&m_RenderImage);}//初始化视频图像的宽和高void OpenGLRender::Init(int videoWidth, int videoHeight, int *dstSize) { LOGCATE("OpenGLRender::InitRender video[w, h]=[%d, %d]", videoWidth, videoHeight); std::unique_lock lock(m_Mutex); m_RenderImage.format = IMAGE_FORMAT_RGBA; m_RenderImage.width = videoWidth; m_RenderImage.height = videoHeight; dstSize[0] = videoWidth; dstSize[1] = videoHeight; m_FrameIndex = 0;}// 接收解码后的视频帧void OpenGLRender::RenderVideoFrame(NativeImage *pImage) { LOGCATE("OpenGLRender::RenderVideoFrame pImage=%p", pImage); if(pImage == nullptr || pImage->ppPlane[0] == nullptr) return; //加互斥锁，解码线程和渲染线程是 2 个不同的线程，避免数据访问冲突 std::unique_lock lock(m_Mutex); if(m_RenderImage.ppPlane[0] == nullptr) { NativeImageUtil::AllocNativeImage(&m_RenderImage); } NativeImageUtil::CopyNativeImage(pImage, &m_RenderImage);}void OpenGLRender::UnInit() {}// 设置变换矩阵，控制图像的旋转缩放void OpenGLRender::UpdateMVPMatrix(int angleX, int angleY, float scaleX, float scaleY){ angleX = angleX % 360; angleY = angleY % 360; //转化为弧度角 float radiansX = static_cast(MATH_PI / 180.0f * angleX); float radiansY = static_cast(MATH_PI / 180.0f * angleY); // Projection matrix glm::mat4 Projection = glm::ortho(-1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.1f, 100.0f); //glm::mat4 Projection = glm::frustum(-ratio, ratio, -1.0f, 1.0f, 4.0f, 100.0f); //glm::mat4 Projection = glm::perspective(45.0f,ratio, 0.1f,100.f); // View matrix glm::mat4 View = glm::lookAt( glm::vec3(0, 0, 4), // Camera is at (0,0,1), in World Space glm::vec3(0, 0, 0), // and looks at the origin glm::vec3(0, 1, 0) // Head is up (set to 0,-1,0 to look upside-down) ); // Model matrix glm::mat4 Model = glm::mat4(1.0f); Model = glm::scale(Model, glm::vec3(scaleX, scaleY, 1.0f)); Model = glm::rotate(Model, radiansX, glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f)); Model = glm::rotate(Model, radiansY, glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f)); Model = glm::translate(Model, glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f)); m_MVPMatrix = Projection * View * Model;}void OpenGLRender::OnSurfaceCreated() { LOGCATE("OpenGLRender::OnSurfaceCreated"); m_ProgramObj = GLUtils::CreateProgram(vShaderStr, fShaderStr); if (!m_ProgramObj) { LOGCATE("OpenGLRender::OnSurfaceCreated create program fail"); return; } glGenTextures(1, &m_TextureId); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_CLAMP_TO_EDGE); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_CLAMP_TO_EDGE); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, GL_NONE); // Generate VBO Ids and load the VBOs with data glGenBuffers(3, m_VboIds); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(verticesCoords), verticesCoords, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]); glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(textureCoords), textureCoords, GL_STATIC_DRAW); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[2]); glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW); // Generate VAO Id glGenVertexArrays(1, &m_VaoId); glBindVertexArray(m_VaoId); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[0]); glEnableVertexAttribArray(0); glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 3 * sizeof(GLfloat), (const void *)0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_NONE); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[1]); glEnableVertexAttribArray(1); glVertexAttribPointer(1, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 2 * sizeof(GLfloat), (const void *)0); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, GL_NONE); glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, m_VboIds[2]); glBindVertexArray(GL_NONE); UpdateMVPMatrix(0, 0, 1.0f, 1.0f);}void OpenGLRender::OnSurfaceChanged(int w, int h) { LOGCATE("OpenGLRender::OnSurfaceChanged [w, h]=[%d, %d]", w, h); m_ScreenSize.x = w; m_ScreenSize.y = h; glViewport(0, 0, w, h); glClearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);}void OpenGLRender::OnDrawFrame() { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); if(m_ProgramObj == GL_NONE || m_TextureId == GL_NONE || m_RenderImage.ppPlane[0] == nullptr) return; LOGCATE("OpenGLRender::OnDrawFrame [w, h]=[%d, %d]", m_RenderImage.width, m_RenderImage.height); m_FrameIndex++; //upload RGBA image data glActiveTexture(GL_TEXTURE0); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId); //加互斥锁，解码线程和渲染线程是 2 个不同的线程，避免数据访问冲突 std::unique_lock lock(m_Mutex); glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, m_RenderImage.width, m_RenderImage.height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, m_RenderImage.ppPlane[0]); lock.unlock(); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, GL_NONE); // Use the program object glUseProgram (m_ProgramObj); glBindVertexArray(m_VaoId); GLUtils::setMat4(m_ProgramObj, "u_MVPMatrix", m_MVPMatrix); // Bind the RGBA map glActiveTexture(GL_TEXTURE0); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId); GLUtils::setFloat(m_ProgramObj, "s_TextureMap", 0); glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, (const void *)0);}// 单例模式，全局只有一个 OpenGLRenderOpenGLRender *OpenGLRender::GetInstance() { if(s_Instance == nullptr) { std::lock_guard lock(m_Mutex); if(s_Instance == nullptr) { s_Instance = new OpenGLRender(); } } return s_Instance;}// 释放静态实例void OpenGLRender::ReleaseInstance() { if(s_Instance != nullptr) { std::lock_guard lock(m_Mutex); if(s_Instance != nullptr) { delete s_Instance; s_Instance = nullptr; } }}
OpenGLRender 在 JNI 层的调用。
JNIEXPORT void JNICALLJava_com_byteflow_learnffmpeg_media_FFMediaPlayer_native_1OnSurfaceCreated(JNIEnv *env, jclass clazz) { OpenGLRender::GetInstance()->OnSurfaceCreated();}JNIEXPORT void JNICALLJava_com_byteflow_learnffmpeg_media_FFMediaPlayer_native_1OnSurfaceChanged(JNIEnv *env, jclass clazz, jint width, jint height) { OpenGLRender::GetInstance()->OnSurfaceChanged(width, height);}JNIEXPORT void JNICALLJava_com_byteflow_learnffmpeg_media_FFMediaPlayer_native_1OnDrawFrame(JNIEnv *env, jclass clazz) { OpenGLRender::GetInstance()->OnDrawFrame();}
简单渲染效果：
渲染效果
2添加视频滤镜
这里又回到了 OpenGL ES 开发领域，对这一块感兴趣的同学可以参考这篇Android OpenGL ES 从入门到精通系统性学习教程。
利用 OpenGL 实现好视频的渲染之后，可以很方便地利用 shader 添加你想要的视频滤镜，这里我们直接可以参考相机滤镜的实现。
黑白滤镜
我们将输出视频帧的一半渲染成经典黑白风格的图像，实现的 shader 如下：
//黑白滤镜#version 300 esprecision highp float;in vec2 v_texCoord;layout(location = 0) out vec4 outColor;uniform sampler2D s_TextureMap;//采样器void main(){ outColor = texture(s_TextureMap, v_texCoord); if(v_texCoord.x > 0.5) //将输出视频帧的一半渲染成经典黑白风格的图像 outColor = vec4(vec3(outColor.r*0.299 + outColor.g*0.587 + outColor.b*0.114), outColor.a);}
黑白滤镜的呈现效果: 郑州做妇科检查多少钱http://www.zztongjifk.com/
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黑白滤镜
动态网格
动态网格滤镜是将视频图像分成规则的网格，动态修改网格的边框宽度，实现的 shader 如下：
//dynimic mesh 动态网格#version 300 esprecision highp float;in vec2 v_texCoord;layout(location = 0) out vec4 outColor;uniform sampler2D s_TextureMap;//采样器uniform float u_Offset;uniform vec2 u_TexSize;void main(){ vec2 imgTexCoord = v_texCoord * u_TexSize; float sideLength = u_TexSize.y / 6.0; float maxOffset = 0.15 * sideLength; float x = mod(imgTexCoord.x, floor(sideLength)); float y = mod(imgTexCoord.y, floor(sideLength)); float offset = u_Offset * maxOffset; if(offset <= x && x <= sideLength - offset && offset <= y && y <= sideLength - offset) { outColor = texture(s_TextureMap, v_texCoord); } else { outColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); }}
动态网格滤镜的渲染过程：
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId);std::unique_lock lock(m_Mutex);glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, m_RenderImage.width, m_RenderImage.height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, m_RenderImage.ppPlane[0]);lock.unlock();glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, GL_NONE);//指定着色器程序glUseProgram (m_ProgramObj);//绑定 VAOglBindVertexArray(m_VaoId);//传入变换矩阵GLUtils::setMat4(m_ProgramObj, "u_MVPMatrix", m_MVPMatrix);//绑定纹理glActiveTexture(GL_TEXTURE0);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, m_TextureId);GLUtils::setFloat(m_ProgramObj, "s_TextureMap", 0);//设置偏移量float offset = (sin(m_FrameIndex * MATH_PI / 25) + 1.0f) / 2.0f;GLUtils::setFloat(m_ProgramObj, "u_Offset", offset);//设置图像尺寸GLUtils::setVec2(m_ProgramObj, "u_TexSize", vec2(m_RenderImage.width, m_RenderImage.height));glDrawElements(GL_TRIANGLES, 6, GL_UNSIGNED_SHORT, (const void *)0);
动态网格滤镜的呈现效果:
动态网格滤镜
缩放和旋转
我们在 GLSurfaceView 监听用户的滑动和缩放手势，控制 OpenGLRender 的变换矩阵，从而实现视频图像的旋转和缩放。