Surface和GLConsumer对视频旋转角度的处理

图形系统

最近遇到一个有趣的问题：通过MediaCodec解码带旋转角度的视频时，如果Output Surface是TextureView或者SurfaceView提供的，那么屏幕上的视频帧可以正常展示（处理了旋转角度）；如果Surface是由SurfaceTexture创建而来，那么通过SurfaceTexture获取的OES纹理，是未处理旋转角度的，需要自己兼容下角度问题。

此外，我也测试了Camera，首先通过Camera.setDisplayOrientation设置顺时针旋转角度，然后设置Output Surface接收Camera预览视频帧。不出意外，也得到了同样的结论。

视频旋转角度的处理

既然都是通过Surface接收视频帧，那为什么会存在这种差异那？MediaCodec和Camera生产视频帧，并且展示到屏幕上的流程如下所示：

1. 首先，MediaCodec和Camera会通过native_window_set_buffers_transform函数向Surface（ANativeWindow）设置Transform Flag，保存在Surface.mTransform变量。
2. 接着，生产端MediaCodec和Camera通过Surface持有的BufferQueueProducer向BufferQueue入队BufferItem时，会把Surface.mTransform赋值给BufferItem.mTransform。
3. 然后，消费端GLConsumer通过BufferQueueComsumer获取BufferItem后，根据BufferItem.mTransform，还原出一个4*4的纹理变换矩阵，保存在GLConsumer.mCurrentTransformMatrix变量中，GLConsumer的使用者可以通过GLConsumer.getTransformMatrix方法获取这个纹理变换矩阵。
4. 最后，GLConsumer的使用者负责把纹理变换矩阵作用到纹理上，以正确展示视频帧。

GLConsumer负责把BufferItem.mGraphicBuffer转换为纹理，并且根据BufferItem.mTransform计算出纹理变换矩阵，此时的纹理是原始状态（未应用纹理矩阵）。获取纹理变换矩阵，并且应用到纹理，是GLConsumer（纹理）使用方的责任。

不管Surface是由TextureView提供还是通过SurfaceTexture创建，上述前3步都是相同的流程。
导致上述差异的根本原因是第4步：GLConsumer的使用者是否把纹理变换矩阵应用到纹理

当Surface由TextureView提供时，GLConsumer的使用者是DeferredLayerUpdater，它获取纹理变换矩阵后，会填充到Layer.texTransform变量（frameworks\base\libs\hwui\Layer.h），后续在硬件加速的异步渲染线程中，OpenGLRenderer渲染DrawLayerOp（基于上面的Layer创建而来）时，会应用该纹理变换矩阵。

当Surface由SurfaceView提供时，Surface是独立窗口，GLConsumer的使用者是frameworks/native/services/surfaceflinger/Layer，它获取纹理变换矩阵后，会填充到Layer.mTexture.mTextureMatrix中，后续SurfaceFlinger合成Layer时，会应用该纹理变换矩阵。

可见，当Output Surface由TextureView或者SurfaceView提供时，GLConsumer的使用者主动获取并使用了纹理变换矩阵，所以我们在屏幕上看到的视频帧才是正常的。

而当Output Surface由我们基于OES纹理ID创建的SurfaceTexture创建而来时，GLConsumer（纹理）的使用者是业务方，所以需要业务方通过SurfaceTexture.getTransformMatrix主动获取纹理变换矩阵，并把它应用到OES纹理上。即：我们拿到的OES纹理本就是原始纹理，需要应用纹理变换矩阵后，才能正常展示。

业务方要怎么使用纹理变换矩阵那？

1. 首先，通过SurfaceTexture.getTransformMatrix获取纹理变换矩阵，该矩阵是列优先次序存储，可以直接通过glUniformMatrix4fv函数上传到顶点着色器。
2. 在顶点着色器中，使用纹理变换矩阵左乘纹理坐标，并把最新的纹理坐标传递给片元着色器。
3. 在片元着色器中，正常使用纹理坐标从纹理中取色就可以了（视频帧正确展示）。

视频旋转角度的流转流程

我们看下旋转角度在MediaCodec和Camera中的流转流程。

MediaCodec

通过MediaCodec解码视频时，需要通过MediaFormat设置解码参数，例如：SPS、PPS等。当视频存在旋转角度时，需要通过MediaFormat.KEY_ROTATION配置旋转角度，表示视频帧需要顺时针旋转多少度，才能正确展示。但是要注意的是：只有当MediaCodec直接解码到Surface时，旋转角度才有效。

旋转角度在MediaCodec中的流转流程如下所示:

1. MediaCodec::configure配置解码器，MediaFormat作为参数。
2. MediaCodec发送kWhatConfigure消息，在自有线程配置解码器。
3. 调用ACodec->initiateConfigureComponent(MediaFormat为参数)配置ACodec。
4. ACodec发送kWhatConfigureComponent消息在自有线程配置ACodec。
5. 接着是ACodec::LoadedState::onConfigureComponent方法。
6. 然后是ACodec.configureCodec方法，负责通过MediaFormat配置ACodec，其中从format中取出了"rotation-degrees"，保存在ACodec.mRotationDegrees变量中。
7. 最后，ACodec.setupNativeWindowSizeFormatAndUsage中调用全局函数setNativeWindowSizeFormatAndUsage为Surface（ANativeWindow）设置transform flag。核心代码在setNativeWindowSizeFormatAndUsage函数中：

// 根据旋转角度获得transform flag
int transform = 0;
if ((rotation % 90) == 0) {
    switch ((rotation / 90) & 3) {
        case 1:  transform = HAL_TRANSFORM_ROT_90;  break;
        case 2:  transform = HAL_TRANSFORM_ROT_180; break;
        case 3:  transform = HAL_TRANSFORM_ROT_270; break;
        default: transform = 0;                     break;
    }
}
// 为Surface（ANativeWindow）设置transform
err = native_window_set_buffers_transform(nativeWindow, transform);

native_window_set_buffers_transform函数会触发ANativeWindow子类Surface的perform方法处理NATIVE_WINDOW_SET_BUFFERS_TRANSFORM消息，接着是dispatchSetBuffersTransform -> setBuffersTransform，最后把transform保存在了Surface.mTransform变量中。

至此，旋转角度已经设置到了Surface.mTransform，后面就是Surface生产图像数据时负责使用它了。

Surface内部通过BufferQueueProducer入队图像数据时，会把Surface.mTransform赋值给BufferItem.mTransform，BufferQueue的元素就是BufferItem。

然后，消费端GLConsumer通过BufferQueueComsumer获取BufferItem后，根据BufferItem.mTransform，还原出一个4*4的纹理变换矩阵，保存在GLConsumer.mCurrentTransformMatrix变量中，GLConsumer的使用者可以调用GLConsumer.getTransformMatrix方法获取这个纹理变换矩阵，然后在使用对应纹理时，把该矩阵应用到纹理上。

Camera

旋转角度在Camera中的流转流程如下所示:

1. Camera.setDisplayOrientation设置预览显示时的顺时针旋转角度。
2. 对应Native方法android_hardware_Camera_setDisplayOrientation。
3. 接着走到Camera.sendCommand方法，这里的Camera是客户端，会通过Binder调用到服务端CameraClient::sendCommand。
4. 接着走到CameraClient::sendCommand设置orientation。
5. 接着继续走到CameraHardwareInterface.setPreviewTransform
6. 然后通过native_window_set_buffers_transform为Camera的Preview Window（Surface）设置旋转角度。
7. 最后就是Surface负责使用Surface.mTransform了，这部分流程与MediaCodec类似。

应该说MediaCodec和Camera设置旋转角度的流程不同，但是最终都是把旋转角度设置到Surface.mTransform，后面就是Surface和GLConsumer的事情了。

总结

不管是MediaCodec还是Camera，都是Surface的图像数据来源，只不过这个源图像数据，可能有一定的旋转角度或者镜像。这种情况下，MediaCodec和Camera就会通过native_window_set_buffers_transform为Surface设置Transform Flag，保存在Surface.mTransform变量中，表示生成的图像数据，必须经过Transform变换之后才能正常显示。

// Transform Flag
typedef enum android_transform {
    // 水平镜像
    HAL_TRANSFORM_FLIP_H    = 0x01,
    // 垂直镜像
    HAL_TRANSFORM_FLIP_V    = 0x02,
    // 顺时针旋转90度
    HAL_TRANSFORM_ROT_90    = 0x04,
    // 顺时针旋转180度
    HAL_TRANSFORM_ROT_180   = 0x03,
    // 顺时针旋转270度
    HAL_TRANSFORM_ROT_270   = 0x07,
    // don't use. see system/window.h
    HAL_TRANSFORM_RESERVED  = 0x08,
} android_transform_t;

生产端Surface通过BufferQueueProducer添加图像数据时，会把Surface.mTransform赋值给BufferItem.mTransform，然后入队到BufferQueue。

消费端GLConsumer通过BufferQueueComsumer获取BufferItem后，根据BufferItem.mTransform Flag，还原出一个4*4的纹理变换矩阵，保存在GLConsumer.mCurrentTransformMatrix变量中，GLConsumer的使用者调用GLConsumer.getTransformMatrix获取这个纹理变换矩阵，然后作用到对应纹理上，就可以正确展示视频帧了。