短视频 SDK 开发 (一) 开发一款短视频 SDK 需要具备哪些知识?

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glumes 2022-10-13 15:23:55

前言

2020 年要属什么最火，肯定是短视频和直播带货了。我自己基本上每天晚上睡觉之前都会刷一会儿 douyin 短视频，不得不承认 douyin 的推荐算法是真 nb ，推荐的都是我的最爱 😁 。那么 douyin 短视频这么 nb 我们可不可以自己模仿着也做一个? 想想都觉得难啊，但是还是可以模仿着做一个的。我们先来看一下效果，这只是第一个版本，具备的功能有限。后面会一直持续迭代下去！

短视频 SDK 开发 (一) 开发一款短视频 SDK 需要具备哪些知识?_数据

那么，作为一个音视频零基础的人来说, 开发一款短视频 SDK 到底需要具备哪些知识呢? 下面就由我为大家介绍一翻(ps:以下学习路径仅代表个人观点)。

❝
接下来的日子我准备从 0-1 写一个如何开发一款音视频编辑的 SDK 系列文章，下面是我的计划。
短视频 SDK 开发 (一) 开发一款短视频 SDK 需要具备哪些知识?
短视频 SDK 开发 (二) 短视频 SDK 架构设计
短视频 SDK 开发 (三) FFmpeg + OpenGL ES + OpenSL ES + soundtouch 实现音视频播放器
短视频 SDK 开发 (四) Camera + MediaCodec + OpenGL ES + OpenSL ES + FFmpeg MP4Muxer 实现音视频实时录制封装为 MP4
短视频 SDK 开发 (五) 滤镜、贴纸、水印实现
短视频 SDK 开发 (六) 美颜特效实现
短视频 SDK 开发 (七) 音视频剪辑实现
❞

基础知识

1、你必须要有 「C/C++」 开发语言基础，可以看我之前写的文章

音视频学习 (一) C 语言入门
音视频学习 (二) C++ 语言入门

2、接下来就需要掌握 「JNI」 基础了

音视频学习 (三) JNI 从入门到掌握

3、有了 「C/C++/JNI」 基础，你还要学会如何交叉编译 「FFmpeg」 等 C/C++ 库

音视频学习 (四) 交叉编译动态库、静态库的入门学习
音视频学习 (五) Shell 脚本入门
音视频学习 (六) FFmpeg 4.2.2 交叉编译

4、有了以上的基础，那么就可以开始了解音视频的基础知识了

雷神-视音频编解码技术零基础学习方法
雷神-视音频数据处理入门：RGB、YUV像素数据处理
雷神-视音频数据处理入门：PCM音频采样数据处理
雷神-视音频数据处理入门：H.264视频码流解析
雷神-视音频数据处理入门：AAC音频码流解析
音视频学习 (七) 掌握音频基础知识并使用 AudioTrack、OpenSL ES 渲染 PCM 数据
音视频学习 (八) 掌握视频基础知识并使用 OpenGL ES 2.0 渲染 YUV 数据

5、现在可以入手音视频 AAC 、H264 软硬编解码了

组件库	对应关系
fdkaac_audio_encode_decode	Libfdk-aac 音频编解码
x264_video_encode	Libx264 视频编码
mediacodec_audio_encode_decode	Android MediaCodec AAC 硬编解码
mediacodec_video_encode_decode	Android MediaCodec H264 硬编解码
ffmpeg_audio_encode_decode	FFmpeg API 实现音频 AAC 软编解码
ffmpeg_video_encode_decode	FFmpeg API 实现视频 H264 软编解码
lame_ffmpeg_mp3_encode_decode	MP3 编解码
JavaAVPlayer	Java API 实现音视频播放(mp3/mp4/pcm/yuv)
NativeAVPlayer	Native 端实现音视频播放(PCM/YUV)
ffmpeg_muxer	基于 h264,AAC 文件打包为 MP4

基础知识差不多就这些了，如果有落下的后面再补上

中级知识

1、FFmpeg + OpenGL ES + OpenSL ES + soundtouch 完成音视频播放

Google 官方的音视频播放库 -grafika
bilibili 官方开源的音视频播放库- ijkplayer
当然也可以参考我自己的 AVEditor 音视频播放模块

2、OpenGL ES 渲染视频是必须要会的

NDK_OpenGLES_3_0

3、Camera + MediaCodec + OpenGL ES + OpenSL ES + FFmpeg MP4Muxer 实现音视频录制为 MP4 格式

camera_recorder

4、RTMP 推流实现

AVRtmpPushSDK

高级知识

1、音视频变速、变调录制

音频-soundtouch
视频修改时间戳即可达到变速录制

2、音视频录制实时滤镜实现

android-gpuimage

3、分段录制、水印、背景音

「分段录制:」 每次录制完成将录制的路径保存下来，最后将这些 MP4 的文件合并为一个 MP4 文件

「水印:」 拿着上一个视频处理的纹理 ID ，在这基础上渲染一个 BItmap 即可

「背景音混音:」 可以参考如下实现代码

/**
 * 参考地址:https://www.shangmayuan.com/a/6daeefedbecb463f9dfce318.html
 * 归一算法：http://www.cppblog.com/jinq0123/archive/2007/10/31/35615.aspx
 * 能量值实现:https://www.jianshu.com/p/d3745dd23056
 * 实现原理:
 * 其实音频混音的核心原理就是将两个音频的原始byte数据进行叠加，
 * 很是简单的 + 起来，好比某个位置的数据是 1 而另外一个音频一样位置是 2 加起来就是3，
 * 这样就完成了音频的混音，固然这是最基础也是最垃圾的混音算法，咱们这里会介绍其中的一种混音算法，
 * 基本上能够达到商业使用的。那就是归一化混音算法。
 *
 *    C = A + B - A * B / (数据类型的最大值);
 *    byte数据就是
 *     C = A + B - A * B / 127;
 *     short数据就是
 *     C = A + B - A * B / 32767;
 *     //vol的取值范围 一般是小于10，大于0的，若是是0的话，就没有声音了，若是太大了就会出现杂音
 *     C = A * vol;
 *
 *
 *     混音算法总结:
 *     总结一下我对混音算法的学习，大概有以下几种方式：
 *      1. 直接加和
 *      2. 加和后再除以混音通道数，防止溢出
 *      3. 加和并箝位，如有溢出就设最大值
 *      4. 饱和处理，接近最大值时进行扭曲（“软件混音的实现”一文算法就是这类）
 *      5. 归一化处理，全部乘个系数，使幅值归一化。（只适用于文件）
 *      6. 衰减因子法，用衰减因子限制幅值[1]。
 */

extern "C"
JNIEXPORT jbyteArray JNICALL
Java_org_doubango_ngn_media_mixer_MultiAudioMixer_audioMix2(JNIEnv *env, jobject instance,
                                                            jbyteArray sourceA_,
                                                            jbyteArray sourceB_,
                                                            jbyteArray dst_, jfloat firstVol,
                                                            jfloat secondVol) {
    jbyte *sourceA = env->GetByteArrayElements(sourceA_, NULL);
    jbyte *sourceB = env->GetByteArrayElements(sourceB_, NULL);
    jbyte *dst = env->GetByteArrayElements(dst_, NULL);

    //归一化混音
    int aL = env->GetArrayLength(sourceA_);
    int bL = env->GetArrayLength(sourceB_);
    //除以通道数量
    int row = aL / 2;

    short sA[row];
    for (int i = 0; i < row; ++i) {
        sA[i] = (short) ((sourceA[i * 2] & 0xff) | (sourceA[i * 2 + 1] & 0xff) << 8);
    }

    short sB[row];
    for (int i = 0; i < row; ++i) {
        sB[i] = (short) ((sourceB[i * 2] & 0xff) | (sourceB[i * 2 + 1] & 0xff) << 8);
    }

    short result[row];
    for (int i = 0; i < row; ++i) {
        int a = (int) (sA[i] * firstVol);
        int b = (int) (sB[i] * secondVol);
        if (a < 0 && b < 0) {
            int i1 = a + b - a * b / (-32768);
            if (i1 > 32768) {
                result[i] = 32767;
            } else if (i1 < -32768) {
                result[i] = -32768;
            } else {
                result[i] = (short) i1;
            }
        } else if (a > 0 && b > 0) {
            int i1 = a + b - a * b / 32767;
            if (i1 > 32767) {
                result[i] = 32767;
            } else if (i1 < -32768) {
                result[i] = -32768;
            } else {
                result[i] = (short) i1;
            }
        } else {
            int i1 = a + b;
            if (i1 > 32767) {
                result[i] = 32767;
            } else if (i1 < -32768) {
                result[i] = -32768;
            } else {
                result[i] = (short) i1;
            }
        }
    }
    for (int i = 0; i < row; ++i) {
        dst[i * 2 + 1] = (jbyte) ((result[i] & 0xFF00) >> 8);
        dst[i * 2] = (jbyte) (result[i] & 0x00FF);
    }

    jbyteArray result1 = env->NewByteArray(aL);
    env->SetByteArrayRegion(result1, 0, aL, dst);

    env->ReleaseByteArrayElements(sourceA_, sourceA, 0);
    env->ReleaseByteArrayElements(sourceB_, sourceB, 0);
    env->ReleaseByteArrayElements(dst_, dst, 0);
    return result1;
}

5、人脸识别-特效

可以使用 OpenCV 来做人脸识别，拿到人脸特征点位，最后利用这些点位用 OpenGL 绘制绘制出来就行了。

6、音视频剪辑技术

书籍推荐

<<音视频进阶指南>>
<<OpenGL ES 3.0 编程指南>>
<<学习 OpenCV 3 中文版>>

总结

目前能想到的从 0-1 开发一款短视频 SDK 需要具备的知识大概就是这些。其实学习这些知识相对而言时间成本都比较高，因为每一个知识点基本上都是一个独立的，就拿 OpenGL 来说, 要学这门知识基本上肯定是要按月为单位来计算。当然不要看着学习成本高，就直接放弃了，一般来说高投入肯定会有高回报的。好了，短视频入门开发就介绍到这里了。下面推荐一个目前我自己开源的零基础音视频进阶路线项目, 有需要的可以关注 star 一波 AVSample

贴一张进阶路线图

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