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Android-NDK-clang 编译 FFmpeg

【声 明】

首先,文章均基于自己的理解和实践,可能有不对的地方,欢迎大家指正。

其次,这是一篇记录 FFmpeg 编译过程遇到的问题及解决方法的文章。

最后,写文章过程中,会借鉴参考其他人分享的文章,会在文章最后列出,感谢这些作者的分享。

码字不易,转载请注明出处!

实践成果:【Github传送门

前期准备

  1. 下载 Android-NDK
  2. 下载 FFmpeg 源码

注意:笔者用的是 NDK-21ffmpeg-4.4 进行编译,如果版本不同可能会有所不同。
测试:mac 与 ubuntu 下的NDK20 - NDK22ffmpeg 4.0 - ffmpeg 4.4,均可使用。

本文你可以了解到

  • NDK20 - NDK22 提供的交叉编译工具链主要目录
  • 使用 clang 交叉编译出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 库
  • 部分编译细节

一、NDK 提供的交叉编译工具链主要目录与文件

从 NDK20 - NDK22 编译工具链目录结构基本没变,这里以 NDK21 作为演示( NDK 在 windows、linux、mac 中的目录基本一样)

1.png
如上图,主要用的就是这几个目录,其中编译 FFmpeg 需要用到的 gcc 库就在 aarch64、arm、x86_64、x86 这几个文件夹中,这里先介绍一下这几个名字在 Android 中的不同平台库的联系。

aarch64:带这个前缀的目录都是与 arm64-v8a 库相关
arm:带这个前缀的目录都是与 armeabi-v7a 库相关
x86_64:带这个前缀的目录都是与 x86_64 库相关
x86:带这个前缀的目录都是与 x86 库相关

1.clang 编译工具

进入目录 llvm->prebuilt->darwin-x86_64->bin 里面都是与交叉编译相关的文件,我们以 clang 进行编译,所以主要关注的是以 clang、clang++ 结尾的文件,clang 用于编译 c 文件clang++ 用于编译 c++ 文件。

2.png 3.png 4.png 5.png

  • 这里需要注意的是:21 和 i686
  • 21:表示编译出的库支持的最低 Android 版本
  • i686:表示编译出 x86 库平台的编译工具

上面的 NDK 目录名在各系统上的对应形式:
mac:darwin-x86_64
linux:linux-x86_64
windows:windows-x86_64
注意:下面都以 mac 系统下的 NDK 目录进行介绍

2.编译环境,需要用到的库

6.png 库和头文件所在的目录在 darwin-x86_64 下的 sysroot 目录,其中头文件在 include 目录,库在 lib 目录,了解完这些,就可以开始编译了。

二、使用 clang 交叉编译出 Android 平台可以使用的 libffmpeg.so 库

进入 FFmpeg 源码根目录 1.png

1.创建编译脚本:build_ffmpeg_android.sh

脚本的主要内容如下:

#!/bin/sh
# NDK 所在的路径
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 需要编译出的平台,这里是 arm64-v8a
ARCH=aarch64
# 支持的最低 Android API
API=21
# 编译后输出目录,在 ffmpeg 源码目录下的 /android/arm64-v8a
OUTPUT=$(pwd)/android/arm64-v8a
# NDK 交叉编译工具链所在路径
TOOLCHAIN=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529/toolchains/llvm/prebuilt/darwin-x86_64

build() {
  ./configure \
  --target-os=android \
  --prefix=$OUTPUT \
  --arch=$ARCH \
  --sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot \
  --disable-static \
  --disable-ffmpeg \
  --disable-ffplay \
  --disable-ffprobe \
  --disable-debug \
  --disable-doc \
  --disable-avdevice \
  --enable-shared \
  --enable-cross-compile \
  --cross-prefix=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android- \
  --cc=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang \
  --cxx=$TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android$API-clang++ \
  --extra-cflags="-fpic"

  make clean all
  make -j12
  make install
}

build
复制代码

这个shell脚本,大体上其实还是很容易懂的,比如
--disabble-static 禁止输出静态库
--enable-shared 输出动态库
--arch 用于配置输出的so库是什么架构的
--prefix 用于配置输出的so库的存放路径
enable-cross-compile 开启多平台编译,也就是可以编译多个平台的库
更多的选项可以查看官网的介绍,这里不再多说。

接下来重点来讲一下几个选项:

  • target-os

--target-os=android:在旧版本的 FFmpeg 中,对Android平台的支持并不是很完善,并没有 android 这个target,所以在一些比较老的文章中都会提到,编译Android平台的so库,需要对 configure 做修改,否则会按照 linux 标准的方式输出so库,其命名方式和Android的so不一样,Android是无法加载的,所以编译时,FFmpeg 源码版本最好选和笔者的一致。

问题一:Linux 下输出的 so 库,Android 下无法加载

  • sysroot

--sysroot=$TOOLCHAIN/sysroot: 用于配置交叉编译环境的 根路径 ,编译的时候会默认从这个路径下去寻找 usr/include usr/lib 这两个路径,进而找到相关的头文件和库文件。
NDK20-NDK22 系统的头文件和库文件就是在 $SYSYROOT/usr/include$SYSYROOT/usr/lib 中。

  • extra-cflags

给编译器指定一些编译标志,例如:
设置头文件路径:格式 -I头文件路径
设置编译出的二进制文件为位置无关码文件:格式 -fpic
至于为什么需要编译出位置无关码文件,就是因为 打包 出的 so 库就是由多个为位置无关码的二进制文件组成的。

  • extra-ldflags

给链接器指定一些链接标志,例如:
设置需要链接的库的路径:格式 -L库文件路径
输出库并设置名字:格式 -o 库名
设置需要链接的库:格式 -l库名
这里需要注意:
假设库名为:a
-o 库名 需要带 lib 前缀,与 .so/.a 后缀的部分,如 -o liba.so
-l库名 是不带 lib 前缀,与 .so/.a 后缀的部分,如 -la

关于编译与链接标志的问题,想了解详情可以查看这里

  • cross-prefix

配置交叉编译的编译工具的前缀,就是上面介绍的交叉编译相关的文件所在的目录内的文件名的前缀,如:编译 arm64-v8a 平台的就是 aarch64-linux-android-,而编译 armeabi-v7a 平台的就是 arm-linux-androideabi-,具体是什么,到 交叉编译工具链目录下的 bin 目录查看即可。

  • cc
  • cxx

这两项就是配置上面说的使用 Android 自带的 clang 工具的具体路径

2.开始编译

通过终端进入到 FFmpeg 源码根目录,并运行刚刚写好的编译脚本,

sh build_ffmpeg_android.sh
复制代码

运行结果如下
2.png 如上图,红框内的就是我们编译出的所以文件,但是这么多个 so 文件,用起来也麻烦,所以我们要把它们打包成一个 so 文件。

3.将多个库打包成一个库
  • 修改编译脚本,修改后如下
#!/bin/sh

# ...省略了不变的部分
SYSROOT_L=$TOOLCHAIN/sysroot/usr/lib/aarch64-linux-android
GCC_L=$NDK/toolchains/aarch64-linux-android-4.9/prebuilt/darwin-x86_64/lib/gcc/aarch64-linux-android/4.9.x

build() {
  # ...省略了不变的部分
  --disable-shared \
  --enable-static \
  --extra-cflags="-fpic -I$OUTPUT/include" \
  --extra-ldflags="-lc -ldl -lm -lz -llog -lgcc -L$OUTPUT/lib"
  
  # ...省略了不变的部分
}

package_library() {
  $TOOLCHAIN/bin/aarch64-linux-android-ld -L$OUTPUT/lib -L$GCC_L \
    -rpath-link=$SYSROOT_L/$API -L$SYSROOT_L/$API -soname libffmpeg.so \
    -shared -nostdlib -Bsymbolic --whole-archive --no-undefined -o $OUTPUT/libffmpeg.so \
    -lavcodec -lpostproc -lavfilter -lswresample -lavformat -lavutil -lswscale -lgcc \
    -lc -ldl -lm -lz -llog \
    --dynamic-linker=/system/bin/linker
    # 设置动态链接器,不同平台的不同,android 使用的是/system/bin/linker
}

build
package_library
复制代码

上面列出的只是片段代码,只列出了做出了改变的部分,大致流程就是:
clang 编译出静态库 -> 使用 Android 自带的链接器将编译出的静态库打包成一个动态库

接下来重点来讲一下几个选项:

  • -rpath-link
When using ELF or SunOS, one shared library may require another. This happens when
an `"ld -shared"` link includes a shared library as one of the input files.

When the linker encounters such a dependency when doing a non-shared, non-relocatable 
link, it will automatically try to locate the required shared library and include it in 
the link, if it is not included explicitly. In such a case, the **-rpath-link** option 
specifies the first set of directories to search. The **-rpath-link** option may 
specify a sequence of directory names either by specifying a list of names separated by 
colons, or by appearing multiple times.
复制代码

上面是官方给出的介绍,这里我斗胆用一句话概括一下,可能不太准确,但是能理解就行了:
这是传递给链接器的一个标志,当我们使用的库有依赖关系时,打包就需要按照依赖关系进行,否则会报错,用了这标志,我们只需要设置库的目录,不需要管依赖关系,链接时链接器帮我们处理。

  • -soname

这个选项的解释为:给库添加一个别名,也就是可以通过别名引用库,为什么要起别名?因为我们一开始是先打出了多个静态库,静态库已经有它自己的名字了,如果不对它们统一的做别名映射,你会发现你加载库的时候一直报错,说找不到你指定的库文件,不信你可以尝试一下哦^^。

  • --dynamic-linker

这个选项用于设置动态链接器,还记得上面提出的问题一吗,为了解决这个问题,这里设置成 Android 使用的链接器,就是/system/bin/linker,关于这点,可以看看这里

4.再次编译

运行结果如下
1.png 至此,我们就完成了 FFmpeg 的编译工作。

三、脚本使用介绍

笔者把编译脚本封装了一下,以适应方便的编译出 Android 各个平台的 so 库,脚本链接在文章开头,下面介绍使用步骤:

  1. 将脚本放在 FFmpeg 源码根目录
  2. 以文本方式打开脚本,简单的修改下面列出的几个参数
# 构建的最低支持 API 等级
API=21
# 在什么系统上构建,mac:darwin,linux:linux,windows:windows
OS_TYPE=darwin
# 自己本机 NDK 所在目录
NDK=/Users/mac/Library/Android/sdk/ndk/21.4.7075529
# 目标文件输出目录,默认是当前目录下的 android 目录
OUTPUT=$(pwd)/android/$ABI
复制代码
  1. 打开终端,进入到 FFmpeg 源码目录,执行脚本:sh build_ffmpeg_android.sh 1

执行规则
sh build_ffmpeg_android.sh 后可以附带 1、2、3、4 这四项,下面说明这四项的意义
1:构建出 arm64-v8a 架构的库文件
2:构建出 armeabi-v7a 架构的库文件
3:构建出 x86_64 架构的库文件
4:构建出 x86 架构的库文件
如果想要构建多个平台的,可以附带多项,中间通过空格分隔开即可,如构建全平台:
sh build_ffmpeg_android.sh 1 2 3 4

四、遇到的问题

  1. 运行脚本,显示没权限

修改文件权限,再次运行即可:chmod 777 build_ffmpeg_android.sh

  1. 运行脚本,显示脚本中存在无法识别的字符不能运行

解决方法一:
Visual Studio Code 代替记事本,重新编辑
解决方法二:
安装 dos2unix 软件
mac 下:brew install dos2unix
ubuntu 下:sudo apt install dos2unix
使用:dos2unix build_ffmpeg_android.sh
然后再次运行即可

  1. 编译 x86 库的时候报错,错误如下

编译错误1.png

这个时候只需要在 ./configure 后加上:--disable-asm 即可,然后重新编译就没问题了,因为 x86 平台移除了寄存器,如果不禁用这一项就会报错,详细原因在这

  1. 将多个库打包时用到的 gcc 的库在别的目录也有

这里容许我吐槽一下,我认为是一个巨坑... 因为我打包的时候一开始用的是别的目录的 gcc ,部分平台的打包 是正常的,但是 armeabi-v7a 平台的一直打包不成功,试了很久才发现现在用的目录也有,并且没问题。如果你 也遇到了同样的问题,那就换成我介绍的目录的 gcc 就没问题了。

五、总结

  1. 在 Android 端的编译问题很多时候是因为对编译工具链的目录不熟,找不到对应的库
  2. 编译时,如果遇到缺哪个库,去上文介绍的目录找到并且在编译时加进去就可以了
  3. 多动手实践,你会发现“书上得来终觉浅”这句话的真谛

最后,如果你觉得这篇文章对你有所帮助,那就点个赞呗 ^w^

参考文章

FFmpeg so库编译
如何跨平台编译能执行在 Android 上的文件
FFmpeg x86 编译问题
链接器的-rpath介绍
将FFmpeg编译成一个libffmpeg.so库

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Android
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