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Android投屏内核开发:MediaProjection+MediaCodec硬编码实战
2026/10/19 14:59:58 网站建设 项目流程

简介:本资源是一个面向Android开发者的投屏功能实战Demo,聚焦于在移动设备端实现屏幕镜像(Mirroring/Casting)的核心技术落地,适用于中高级开发者学习MediaProjection API集成、音视频采集与编码传输等关键能力。压缩包共2000个文件,含1588个class字节码文件(体现完整编译产物)、472个png资源图(UI适配与图标)、451个xml布局与配置文件(含Service、Activity及权限声明)、127个json配置(如设备发现与协议参数),整体33.55MB,结构完整覆盖从权限申请、VirtualDisplay创建、ImageReader帧捕获到MediaCodec硬编码的全流程。已有7816人学习下载,项目包含ScreenCaptureService服务实现、MediaSessionCompat等AIDL接口定义、resources-debug.ap_等构建产物,可直接运行调试,帮助读者掌握投屏启动授权、帧率控制、资源释放及Wi-Fi Direct/RTSP传输对接等真实工程要点。

1. Android端投屏demo:不是“把手机画面发到电视上”那么简单,而是让你亲手搭出可嵌入、可调试、可二次封装的投屏能力底座

你肯定试过用系统自带的“无线显示”或第三方App把手机屏幕投到电视上——点一下就连,动一动就卡,断开重连要重启App,想改个分辨率或加个水印?没门。这个Android端投屏demo,恰恰反其道而行之:它不提供开箱即用的UI,也不绑定任何品牌协议(Miracast/Chromecast/AirPlay),而是一套纯Java/Kotlin实现的、基于MediaProjection + VirtualDisplay + MediaCodec硬编码链路的最小可行投屏内核。它跑起来只有两个Activity:一个权限申请页,一个状态监控页;但背后暴露了从屏幕捕获、H.264编码、RTP组包、UDP推流到接收端解码渲染的全链路控制点。适合正在做教育类远程监课、工业设备远程协同、车载中控多屏联动的开发者——你需要的不是“能投”,而是“知道每一帧怎么来、怎么走、在哪卡、怎么调”。项目结构干净,无Gradle插件黑盒,无混淆SDK,所有关键路径都留了Log开关和回调钩子。我拿它在某高校实验室的安卓12平板上实测过720p@30fps稳定推流超4小时,内存波动控制在±8MB内,这才是真·可集成的投屏能力。


2. 工程结构与技术栈解析:从build.gradle到AndroidManifest.xml,看清这个投屏底座的骨架

这个demo不是靠“一键生成”堆出来的,它的目录结构就是一张投屏能力的拓扑图。整个工程采用AndroidX + Java 8(兼容Kotlin混写)构建,未引入任何商业SDK,核心依赖仅3个:androidx.core:core(权限适配)、androidx.lifecycle:lifecycle-viewmodel(状态管理)、androidx.media:media(MediaProjection兼容封装)。没有RxJava、没有协程封装层、没有MVP/MVVM框架胶水——所有异步逻辑直走HandlerThread + Looper,所有状态变更直触View更新。这种“裸写”风格,让每个线程切换、每次Surface传递、每帧编码耗时都清晰可见,也意味着你接手后改一行代码就能验证效果,不用猜“到底是谁在什么时候调用了谁”。

2.1 核心模块目录树:每个包名都在说“这里管什么”

项目根目录下只有5个一级包,全部按职责垂直切分:

com.example.screenmirror/ ├── capture/ // 屏幕捕获层:MediaProjection初始化、VirtualDisplay创建、Surface生命周期管理 ├── codec/ // 编码层:MediaCodec硬编码器配置、输入Surface绑定、ByteBuffer输出队列调度 ├── network/ // 网络层:RTP封包规则(RFC 3550)、UDP Socket管理、丢包重传模拟开关(可关) ├── utils/ // 工具层:YUV420SP转NV21适配(不同厂商Surface格式差异)、时间戳同步器、FPS计算器 └── ui/ // UI层:仅2个Activity + 1个状态观察者,零业务逻辑,纯状态反射

提示:capture/包里的ScreenCaptureManager是整个投屏链路的启动开关,它不持有Activity引用,只通过OnCaptureStateListener回调通知状态变化——这是为将来迁移到Service后台运行埋的伏笔。

2.2 build.gradle关键配置:为什么必须用compileSdk 33且targetSdk 31?

这个demo对API版本极其敏感,低版本无法启用MediaProjection的前台服务模式,高版本又受限于后台启动Activity限制。app/build.gradle里最关键的三处配置如下:

android { compileSdk 33 defaultConfig { applicationId "com.example.screenmirror" minSdk 21 targetSdk 31 // 注意:不是33!31是MediaProjection在后台保活的临界点 versionCode 1 versionName "1.0" } buildFeatures { viewBinding true } }
  • targetSdk 31是硬性要求:Android 12(API 31)起,MediaProjection必须配合前台Service或Activity持续展示Notification,否则系统会主动kill捕获进程。设为32/33会导致startActivityForResult被废弃,而本demo仍用传统方式申请权限(为兼容旧设备)。
  • minSdk 21意味着放弃Lollipop以下设备,因为VirtualDisplay在API 21才正式支持Surface共享。
  • viewBinding true不是为了炫技,而是避免findViewById在ui/包中产生空指针——所有UI操作都通过ActivityMainBinding完成,连Toast提示都绑在binding.root上。

2.3 AndroidManifest.xml权限与组件声明:少一个都会在小米/华为上静默失败

别信“只要加了<uses-permission android:name="android.permission.PROJECT_MEDIA" />就行”的说法。实际在国产ROM上,缺任何一个都会导致MediaProjectionManager.createScreenCaptureIntent()返回null。完整声明如下:

<uses-permission android:name="android.permission.FOREGROUND_SERVICE" /> <uses-permission android:name="android.permission.POST_NOTIFICATIONS" /> <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE" /> <uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE" /> <uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" /> <!-- 若需音频同步 --> <uses-feature android:name="android.hardware.camera.any" android:required="false" /> <uses-feature android:name="android.hardware.microphone" android:required="false" /> <application ...> <activity android:name=".ui.MainActivity" android:exported="true" android:launchMode="singleTask" android:theme="@style/Theme.AppCompat.Light.DarkActionBar"> <intent-filter> <action android:name="android.intent.action.MAIN" /> <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" /> </intent-filter> </activity> <activity android:name=".ui.PermissionActivity" android:exported="false" android:theme="@style/Theme.AppCompat.Translucent" /> </application>
  • FOREGROUND_SERVICE和POST_NOTIFICATIONS在Android 12+是强制要求,否则Notification无法展示,MediaProjection会因缺少前台锚点被系统回收。
  • WRITE_EXTERNAL_STORAGE和READ_EXTERNAL_STORAGE虽然demo本身不存文件,但部分厂商ROM(如vivo Funtouch OS 12)会校验该权限是否存在,否则拒绝授予PROJECT_MEDIA。
  • PermissionActivity的Translucent主题不是为了美观,而是防止它遮挡系统权限弹窗——某些Oppo ColorOS版本下,非透明主题会导致权限Dialog被盖住,用户点不到“允许”按钮。

3. 核心链路代码逐行拆解:从MediaProjection初始化到H.264帧发出,看懂每一帧的生死旅程

投屏不是“打开摄像头→编码→发出去”这么简单。Android屏幕捕获本质是“把GPU渲染管线的输出Surface,喂给MediaCodec编码器”,中间隔着Surface跨进程传递、Buffer队列同步、时间戳对齐三座大山。下面这段代码,就是整个demo最核心的capture → encode → network流水线主干,我把它拆成三段,每段都带真实日志输出和参数含义说明。

3.1 ScreenCaptureManager.startCapture():MediaProjection不是“拿到就用”,而是“拿到再等Surface就绪”

// capture/ScreenCaptureManager.java public void startCapture(int resultCode, Intent data) { if (resultCode != Activity.RESULT_OK || data == null) return; mMediaProjection = mProjectionManager.getMediaProjection(resultCode, data); // 关键:MediaProjection对象创建后,必须立即创建VirtualDisplay // 否则Surface可能在后续encode阶段不可用 createVirtualDisplay(); } private void createVirtualDisplay() { // width/height来自DisplayMetrics,但注意:不是手机物理分辨率! // 而是VirtualDisplay期望的输出尺寸,建议设为720p(1280x720)以平衡性能与画质 int width = 1280; int height = 720; int dpi = Resources.getSystem().getDisplayMetrics().densityDpi; // VirtualDisplay的Surface将作为MediaCodec的输入源 // format必须为PixelFormat.RGBA_8888或PixelFormat.RGBX_8888(部分厂商仅支持后者) mVirtualDisplay = mMediaProjection.createVirtualDisplay( "screen-mirror-display", width, height, dpi, DisplayManager.VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_AUTO_MIRROR, mInputSurface, // 这个Surface由MediaCodec.createInputSurface()提供 null, null); }
  • createVirtualDisplay()的mInputSurface参数,必须是MediaCodec.createInputSurface()返回的Surface,不能是new Surface(...)或TextureView.getSurface()——后者会导致IllegalStateException: surface was abandoned。
  • VIRTUAL_DISPLAY_FLAG_AUTO_MIRROR是关键标志:它告诉系统“我要镜像当前屏幕”,而不是捕获某个特定窗口。去掉它,你捕获到的可能是黑屏或系统UI。
  • dpi建议用Resources.getSystem().getDisplayMetrics().densityDpi而非getResources().getDisplayMetrics().densityDpi,后者在某些Context下为空。

3.2 MediaEncoder.prepareEncoder():H.264编码不是“设个码率就完事”,而是“跟GPU抢Buffer”

// codec/MediaEncoder.java private void prepareEncoder() { try { mMediaCodec = MediaCodec.createEncoderByType("video/avc"); MediaFormat format = MediaFormat.createVideoFormat("video/avc", mWidth, mHeight); format.setInteger(MediaFormat.KEY_COLOR_FORMAT, MediaCodecInfo.CodecCapabilities.COLOR_FormatSurface); format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, 2_000_000); // 2Mbps,非固定值,可动态调整 format.setInteger(MediaFormat.KEY_FRAME_RATE, 30); format.setInteger(MediaFormat.KEY_I_FRAME_INTERVAL, 1); // 每秒一个IDR帧 format.setInteger(MediaFormat.KEY_CAPTURE_RATE, 30.0f); // 实际采集帧率上限 mMediaCodec.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE); mInputSurface = mMediaCodec.createInputSurface(); // 此Surface将传给VirtualDisplay mMediaCodec.start(); } catch (IOException e) { Log.e(TAG, "Failed to prepare encoder", e); } }
  • COLOR_FormatSurface是唯一安全的color format:它表示MediaCodec接受Surface输入,而非ByteBuffer——这正是VirtualDisplay需要的。
  • KEY_BIT_RATE设为2Mbps是经验值:低于1.5Mbps会出现明显马赛克,高于3Mbps在Wi-Fi 5环境下易丢包。实际项目中应根据网络质量动态调节(本demo预留了setBitRate(int bps)接口)。
  • KEY_I_FRAME_INTERVAL 1表示每秒强制插入一个IDR帧,这对网络抖动下的快速恢复至关重要。若设为2,则2秒内丢失IDR帧会导致整段花屏。

3.3 RtpSender.sendFrame():RTP不是“把H.264塞进UDP包”,而是“按NALU边界切片+打时间戳+算序列号”

// network/RtpSender.java public void sendFrame(ByteBuffer encodedData, MediaCodec.BufferInfo info) { if ((info.flags & MediaCodec.BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG) != 0) { // SPS/PPS头帧,单独发送,不参与RTP序列号递增 sendSpsPps(encodedData, info); return; } long rtpTimestamp = System.nanoTime() / 1000; // 单位:微秒,RTP标准要求 int sequenceNumber = mSequenceNumber++ & 0xFFFF; // 16位无符号,溢出回绕 // H.264 NALU切片逻辑(简化版,实际含FU-A分片) byte[] nalUnit = new byte[info.size]; encodedData.position(info.offset); encodedData.get(nalUnit); // 构造RTP Header(12字节固定头) ByteBuffer rtpPacket = ByteBuffer.allocate(12 + nalUnit.length); rtpPacket.put((byte) 0x80); // V=2, P=0, X=0, CC=0 rtpPacket.put((byte) 0x60); // M=0, PT=96 (dynamic) rtpPacket.putShort((short) sequenceNumber); rtpPacket.putInt((int) rtpTimestamp); rtpPacket.putInt(mSsrc); // 随机生成的同步源标识符 // 写入NALU数据 rtpPacket.put(nalUnit); // UDP发送(此处省略Socket异常处理) mDatagramSocket.send(new DatagramPacket(rtpPacket.array(), rtpPacket.position())); }
  • BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG标志位代表SPS/PPS头信息,必须单独发送且不计入RTP序列号——接收端靠它重建解码器上下文。
  • rtpTimestamp必须用System.nanoTime()计算,而非System.currentTimeMillis():前者精度达纳秒级,后者毫秒级抖动会导致音画不同步。
  • sequenceNumber每帧+1,接收端靠它检测丢包。本demo未实现NACK重传,但预留了onPacketLost(int seq)回调接口。

4. 运行与调试全流程:从真机授权到Wireshark抓包,手把手跑通第一帧

别被“投屏demo”四个字骗了——它不是点开就跑的玩具。从首次安装到看到第一帧画面,至少要过5道关卡。我用一台Pixel 4a(Android 13)和一台Redmi Note 12(MIUI 14)实测过全部流程,下面步骤已过滤掉所有ROM定制化陷阱。

4.1 真机部署前必做的3项检查

  1. 确认开发者选项已开启且“USB调试”和“USB安装”均打开
    尤其是MIUI/EMUI,必须手动开启“USB调试(安全设置)”,否则adb install会报Failure [INSTALL_FAILED_USER_RESTRICTED]。

  2. 关闭手机厂商的“省电优化”白名单外杀进程
    在小米手机上:设置 → 省电与电池 → 应用省电 → 找到本App → 选择“无限制”;在华为上:手机管家 → 应用启动管理 → 找到本App → 关闭“自动管理”,手动启用“允许后台活动”。

  3. 检查目标设备是否支持MediaProjection
    并非所有Android设备都开放此API。执行以下ADB命令验证:

    adb shell cmd media_projection list # 正常应返回:Projection service is running # 若返回空或报错,则设备不支持(常见于部分Android TV盒子)

4.2 首次运行四步法:权限申请→Surface就绪→编码启动→RTP发出

  1. 启动App,点击“Start Capture”
    系统弹出权限Dialog,选择“立即开始”。此时PermissionActivity会短暂闪现(透明主题),不要跳过。

  2. 观察Logcat过滤关键词MediaProjection和VirtualDisplay
    正常日志流应为:

    I/MediaProjection: Created virtual display id=12345 I/VirtualDisplay: InputSurface created, size=1280x720 I/Encoder: Encoder started, input surface ready
  3. 打开Wireshark,过滤udp.port==5004(默认RTP端口)
    若看到连续RTP包(Packet Length > 100 bytes),说明编码+网络链路已通。若只有零星几个包,大概率是MediaCodec未正确获取到mInputSurface。

  4. 用VLC播放测试流(需提前配置接收端)
    VLC菜单:媒体 → 打开网络串流 → 输入rtp://@:5004→ 播放。首次可能黑屏2~3秒,这是SPS/PPS头帧传输延迟,属正常现象。

4.3 常见问题排查:血泪经验总结的5个翻车现场

注意:以下问题全部来自真实设备复现,非理论推测。

现象1:点击“Start Capture”后无任何反应,Logcat无MediaProjection日志

原因:PermissionActivity被厂商ROM拦截,未真正调起系统Dialog。常见于ColorOS 13、OriginOS 3。
解决:在AndroidManifest.xml中为PermissionActivity添加android:exported="true",并在startActivity()前加intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK)。

现象2:VLC播放黑屏,Wireshark看到RTP包但长度恒为12字节

原因:MediaCodec未正确绑定mInputSurface,导致编码器输出空Buffer。
解决:检查MediaEncoder.prepareEncoder()中mMediaCodec.createInputSurface()是否在configure()之后调用;确认VirtualDisplay创建时传入的Surface与createInputSurface()返回的完全一致(可用System.identityHashCode(surface)打印比对)。

现象3:投屏画面卡顿严重,Logcat频繁打印D/Encoder: Draining output buffer timeout

原因:MediaCodec.dequeueOutputBuffer()超时,通常因MediaCodec.releaseOutputBuffer()未及时调用,导致Buffer队列积压。
解决:在MediaEncoder.drainEncoder()方法中,确保每个dequeueOutputBuffer()后必有releaseOutputBuffer(),即使info.size == 0也要调用releaseOutputBuffer(index, false)。

现象4:Wireshark抓到RTP包,但VLC报错no suitable decoder module for fourcc 'avc1'

原因:VLC未启用H.264解码器,或RTP包中缺失SPS/PPS头帧。
解决:在VLC偏好设置 → 输入/编解码器 → 视频解码器 → 选择“FFmpeg”;同时检查RtpSender.sendFrame()中是否漏掉了BUFFER_FLAG_CODEC_CONFIG分支的SPS/PPS发送逻辑。

现象5:投屏10分钟后自动断开,Logcat出现W/MediaProjection: Stopping projection due to timeout

原因:Android系统对MediaProjection会话有默认超时(约30分钟),但本demo未实现心跳保活。
解决:在ScreenCaptureManager中添加Handler.postDelayed()定时任务,每25分钟调用一次mMediaProjection.stop()再重新startCapture()(需用户再次授权,故建议在UI层提示“即将续期,请勿退出”)。


5. 二次开发实战指南:如何把demo变成你的产品模块?三个可立即落地的改造方案

这个demo的价值,不在于它“能跑”,而在于它“好改”。我把它集成进某工业设备远程诊断系统时,只改了不到200行代码就完成了三项关键升级:支持横竖屏自适应、增加硬件加速开关、对接公司私有信令服务器。下面这三个改造方案,我都附上了可直接复制的代码块和验证方法,你不需要理解整个链路,照着改就能见效。

5.1 改造一:支持横竖屏自动旋转,避免投屏画面被拉伸

原demo固定使用1280x720分辨率,当手机旋转时,VirtualDisplay输出仍是横屏,导致画面变形。解决方案是监听OrientationEventListener,动态重建VirtualDisplay。

// capture/ScreenCaptureManager.java 新增 private OrientationEventListener mOrientationListener; private void initOrientationListener() { mOrientationListener = new OrientationEventListener(mContext) { @Override public void onOrientationChanged(int orientation) { if (orientation == ORIENTATION_UNKNOWN) return; // 只在0°、90°、180°、270°时触发,避免抖动 if (Math.abs(orientation % 90) < 15) { int newWidth = (orientation % 180 == 0) ? 1280 : 720; int newHeight = (orientation % 180 == 0) ? 720 : 1280; if (newWidth != mWidth || newHeight != mHeight) { stopCapture(); // 先停 mWidth = newWidth; mHeight = newHeight; startCapture(mLastResultCode, mLastIntentData); // 再启 } } } }; mOrientationListener.enable(); }
  • 验证方法:在MainActivity的onCreate()中调用initOrientationListener(),然后旋转手机,用Wireshark观察RTP包中的分辨率字段(需自行解析NALU中的SPS)是否变化;或直接用VLC查看画面是否保持正常比例。
  • 注意:stopCapture()会销毁MediaProjection,所以必须缓存mLastResultCode和mLastIntentData,否则重连需用户再次授权。

5.2 改造二:增加软编/硬编切换开关,适配低端设备

部分Android 6.0以下设备硬编码器不稳定,需降级为MediaCodec.createDecoderByType("video/avc")软解(实际是软编,但MediaCodec不提供软编API,此处用FFmpeg替代)。本demo预留了EncoderType枚举:

// codec/MediaEncoder.java public enum EncoderType { HARDWARE, // 默认 SOFTWARE // 需额外引入FFmpeg库 } public void setEncoderType(EncoderType type) { mEncoderType = type; if (type == EncoderType.SOFTWARE) { // 初始化FFmpeg编码器(此处省略JNI调用细节) mFfmpegEncoder = new FfmpegH264Encoder(mWidth, mHeight, 30, 2_000_000); mFfmpegEncoder.start(); } } // 在onFrameAvailable()回调中 if (mEncoderType == EncoderType.HARDWARE) { // 走原MediaCodec路径 } else { // 将Surface内容读取为Bitmap,传给FFmpeg编码 Bitmap bitmap = getBitmapFromSurface(mInputSurface); mFfmpegEncoder.encodeFrame(bitmap); }
  • 验证方法:在UI层加一个Switch控件,绑定setEncoderType();在低端机(如三星Galaxy J3)上开启SOFTWARE模式,用adb shell dumpsys media.codec确认硬编码器未被占用。
  • 避坑:getBitmapFromSurface()需用PixelCopy.request(),不能用Surface.lockCanvas()——后者在部分ROM上会返回null。

5.3 改造三:对接私有信令服务器,替换UDP直连为WebSocket中转

原demo用UDP直连,不适合穿透NAT或企业内网。我们将其升级为WebSocket中转,信令交互走HTTPS,媒体流仍走UDP(减少延迟)。

// network/WebSocketRtpSender.java 继承 RtpSender private WebSocket mWebSocket; public void connectToSignalingServer(String url) { Request request = new Request.Builder().url(url).build(); mWebSocket = mOkHttpClient.newWebSocket(request, new WebSocketListener() { @Override public void onOpen(@NotNull WebSocket webSocket, @NotNull Response response) { // 发送SDP Offer String offer = generateSdpOffer(); webSocket.send("{\"type\":\"offer\",\"sdp\":\"" + offer + "\"}"); } @Override public void onMessage(@NotNull WebSocket webSocket, @NotNull String text) { // 收到Answer,提取UDP端口和IP JSONObject json = new JSONObject(text); if ("answer".equals(json.optString("type"))) { String ip = json.optString("ip"); int port = json.optInt("port"); setupUdpSocket(ip, port); // 重置RtpSender的DatagramSocket } } }); }
  • 验证方法:启动本地WebSocket服务器(如wstunnel),修改connectToSignalingServer("ws://localhost:8080");用Chrome开发者工具的Network → WS标签页,确认收发Offer/Answer消息。
  • 关键点:setupUdpSocket()必须在收到Answer后调用,且DatagramSocket需bind()到0.0.0.0:0(系统分配随机端口),再通过信令告知对方——这是UDP打洞的核心。

从那以后我每次接手新投屏需求,都先拉这个demo,用git checkout -b feature/xxx建分支,然后按上述三个方案之一切入:要么先搞定横竖屏,要么先适配低端机,要么先打通信令。绝不从零写MediaProjection,绝不碰厂商SDK黑盒。因为真正的投屏能力,不在“能不能连”,而在“连不上时你知道哪一行代码该打Log”。希望帮到你。

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