Android多媒體框架加持　手機應用軟體開發破僵局

由谷歌(Google)號召電信、半導體、手機、軟體等領導品牌業者包括沃達豐(Vodafone)、英特爾(Intel)、英偉達(NVIDIA)、華碩、宏達電、三星(Samsung)、樂金(LG)、軟體銀行(Softbank)等共同成立的開放手機聯盟(Open Handset Alliance, OHA)，並集體開發完成的行動裝置平台--Android，在2008年11月Google宣告免費開放Android手機平台後，激發更多業者表示高度興趣，進而投資設計生產，決定正面迎戰既有品牌，使市場正式進入白熱化競爭期，也讓過去由諾基亞(Nokia)的Symbian平台、微軟Windows Mobile平台、以及蘋果的iPhone平台壟斷的智慧型手機系統平台，呈現四強抗衡的態勢。  

特殊架構設計有利軟體無縫整合  

因Android完全開放特性，加上其底層結構完善，利於軟體開發商在最少成本、最短的時程下，設計出兼具價格競爭力與高品質的多媒體應用程式。以Android其獨特而完整的系統架構為例，可使軟體開發商各自開發的軟體進行完整的串連。舉例來說，使用者出外旅遊時會拍照或錄音，然後可能會想上傳到Picasa之類的網路相簿，或直接用MSN之類的即時傳訊軟體傳給朋友。這在其他行動裝置系統平台並不容易實現，因為個別軟體開發時並不清楚使用者還會用到什麼軟體，因此難以制定溝通機制，但Android由系統面解決了這個問題，讓使用者主導並決定喜歡的相機或影音錄製程式、安裝自己網路相簿提供的上傳程式或下載愛用的即時傳訊軟體。這些軟體的開發商在開發時事先不須溝通或協調，因此可減輕這方面的負荷，從而加速軟體的開發。  

在多媒體相關的開發上，Android也有相當完整的支援。它內建多媒體資料庫，並可選擇定期或在需要時根據指示來掃描記憶卡的內容，自動建立索引、辨認媒體資訊，然後存到所有應用程式都可存取的共用資料庫中。只要讀取這個資料庫，開發者就可以迅速得到各種應用程式需要的多媒體資訊，又快又簡單。此外，Android採用的多層式架構以及OpenMAX/OpenCORE，也可簡化不同目的的軟體開發商間的溝通協調，而在的各層架構中，多媒體框架結構(Media Framework)更是實現無縫整合的關鍵。  

分層架構各司其職條理清晰  

Android架構由上而下可分為五大部分：應用層(Applications)、應用層框架(Application Framework)、函式庫(Libraries)、Android Runtimes、Linux核心(Linux Kernal)(圖1)。越上層表示越接近使用者，越底層則表示越接近手機硬體架構。

圖1　Android系統架構

最頂端的應用層是使用者唯一會接觸到的階層；一般俗稱的播放程式(Player)或錄影/錄音機(Recorder)就是指位在此層的應用程式(App)。應用程式以Java語言寫成，透過第二層的應用層框架(Application Framework)往下溝通。  

Android平台的函式庫以C/C++撰寫並編譯，具有高效率的特點，舉凡編碼、解碼、解析檔案格式等對中央處理器(CPU)造成吃重負擔的作業都在此處理。另外，由於Java無法直接和硬體溝通，Android Runtime沒有處理到的硬體介面也可交由函式庫來實做。  

介於上述兩者中間的應用層框架則實作JNI技術，把易於軟體開發商開發的上層Java應用程式中介層(API)及函式庫和便於進行繁重運算的下層原生C/C++函式庫(Native C/C++ Libraries)分開，讓不同領域的開發者可以在自己擅長的領域進行開發，而不用擔心被干擾。雖然開發者亦可修改或擴充本層，但由於這會破壞Android嚴分兩層的原則及降低可攜性，通常不建議應用程式開發者更動。  

Google大力相挺 Andriod開發工具功能完整  

為便利開發者的工作，Android Developer官方網站(http://developer.android.com/index.html)提供下載軟體開發套件(SDK)，並有詳細的說明文件指引，清楚載明要如何從無到有寫出一個記事本軟體。  

開發環境方面，Android有相當完善的Eclipse開發環境(圖2)，並為Windows、Linux、Mac三種作業系統提供各種管理及除錯工具，如完整的模擬器，可在沒有實機的情況下實驗，還可任意更新韌體，或利用Logcat工具即時檢查包含Java自動生成的例外堆疊追蹤在內的各種Log訊息，或可在個人電腦(PC)端直接進入裝置主機(Console)內部操作，並可上傳或下載檔案的adb工具。

圖2　Eclipse開發環境

要將PC連結到實體裝置非常簡單，Android SDK內含Windows用的驅動程式，安裝後只要把手機和PC用USB接起來就連結完成。若使用者在Linux或Mac平台上進行開發，連接動作也非常簡單：Linux只須增加一行設定，Mac更毋須任何設定。  

Android用自訂的apk檔案格式包裝應用程式，一個apk檔就包含一整套完整的程式，並可藉由SDK提供的開發工具輕易進行安裝或分析。為了安全起見，Android要求所有檔案皆須經過數位簽章才可發布及安裝，並在教學網頁中詳細解釋如何建立、簽署及發布應用程式。  

目前谷歌官方提供Android Market作為上傳及下載程式的市集，並在美國及英國地區提供付費應用軟體的買賣。  

善用Java框架　四行程式寫完媒體播放器  

應用框架層提供Java API給上述應用程式層以利開發軟體，其中有供多媒體使用的類別，分別是負責播放的MediaPlayer類別，以及負責錄製的MediaRecorder類別。此外，還有VideoView這個更好使用的類別。  

MediaPlayer本身即是已經包裝完善的播放器，只須簡單的設定便可完成讀取檔案、播放/暫停、片段搜尋、取得媒體資訊、建立Listener等功能。低階工作如影音同步、Parse、解碼、算圖(Render)等都由底部函式庫完成。MediaRecorder目前由於底層函式庫不提供影片編碼功能，故僅能用以錄音，檔案格式為amr。使用時一樣只需簡單的初始化步驟即可。  

VideoView為可直接內含於XML Layout檔案(UI設計)的類別，它內含一個MediaPlayer，並實作所有MediaPlayer的方法。要播放影片時建議使用VideoView而非直接使用MediaPlayer。  

關於Java框架更詳細的介紹將保留到下期再說明，在此先展示幾段程式碼讓讀者體驗使用應用框架層中的Java框架來開發的簡易度。只須撰寫如下四行程式碼，就能夠開始播放指定的影片。  

//播放影片 _player=(VideoView) findViewById(R.id.videoplay); mURI=getIntent().getData(); _player.setVideoURI(mURI); _player.start();

除了播放媒體外，使用者可能會有多工需求，如想要一邊聽音樂一邊作其他事，故開發者在設計播放器時須能支援背景執行功能。在Android中，前景執行的程序叫做Activity，背景執行的程序叫做Service。兩者之間藉由ServiceConnection和AndRoid接口描述語言(AIDL)連結，達到複數程序同時執行的效果。  

在處理多媒體時，由於編解碼消耗的CPU時間相當大，嚴重時甚至會影響到其他程式執行。有鑑於此，Service中最好是只處理最低限的作業，也就是不處理任何和使用者介面(UI)有關或跟影片相關的程序，而僅作聲音相關的處理，以確保較佳的執行效果及使用者經驗。

Native C/C++函式庫可支援多種Codec開發

至於Java無法處理的部分－CPU運算，主要都是由這層來處理。由於位於此層的函式庫皆由C/C++/ASM寫成，並支援硬體編解碼器(Codec)，在效率方面不會輸給其他平台的多媒體框架。Android採用OpenCORE作為基礎多媒體框架，為基於PacketVideo產品「CORE」的開放源碼計畫，就如同Android開放計畫中Google占了很大的比例一樣，OpenCORE的主要支持者也是PacketVideo，整個函式庫原始碼開放，可在http://source.android.com/這個網站下載整分Android的原始碼，而OpenCORE則位於external/opencore這個資料夾下。

在Android和它的第一支實體機器G1中內建支援的影像編碼有：H.264/AVC、H.263/MPEG4、3GP/3GPP、WMV8。聲音編碼則支援：MP3、M4A、AAC、AMR、MIDI、WAV、MIDI、OGG、WMA8。而OpenCORE則可分為七大塊：PVPlayer、PVAuthor、Codec、PacketVideo Multimedia Framework(PVMF)、Operating System Compatibility Library(OSCL)、Common、OpenMAX。  

PVPlayer和PVAuthor掌管音訊和視訊的錄製及播放，並透過Linux的硬體驅動程式直接和硬體溝通，當上層傳來控制要求時，這兩塊也須做出對應。此外，由於PVPlayer和PVAuthor使用的都是原始資料(Raw Data)，所以須透過編解碼器來進行編碼或解碼；OpenCORE的編解碼器則可自由增加或抽換，只須和PVMF註冊即可。PVMF就是Android判斷檔案格式及編碼內容的框架，自動決定要用哪個Parser來解開或包裝檔案，並選擇適當編解碼器進行編碼或解碼，Common內部則存放有各種整體框架共通功能。  

Android使用工具鏈(Toolchain)為Google自製的Bionic Libc，和GNU Libc不相容，並且不支援C++的標準函式庫。這套Toolchain有著速度快、體積小(不管是Lib本身或編譯出來的可執行檔)的優點，但沒有C++標準函式庫是否就代表所有C++程式都不能移植上來呢？事實上，OSCL提供如資料型態、記憶體管理、執行緒等基本函式，當要撰寫C++程式時即可使用此函式庫，當然也可以自製需要的C++函式庫，然後照正常方式連結即可。  

編解碼器開發部分，Android採用Khronos所開發的OpenMAX。OpenMAX提供編解碼器開發者更簡易、直覺的開發框架，其中分為DL、IL、AL三種層級。DL掌管直接和硬體接觸的部分，包含對CPU、顯示晶片、數位訊號處理器等的最佳化和驅動程式接口。IL提供編解碼器函式庫介面，除了純軟體編解碼器外，硬體編解碼加速器亦可經由OpenMAX IL介面和上層連結。AL控制錄影、放影、各種感測器及顯示器等使用者介面的應用程式階層。  

要將編解碼器移植到Android系統上時，最簡單的方法就是實做一個OpenMAX IL的介面，並藉由它來傳遞各種資料及訊息。在Android的原始碼中也含有OpenMAX部分，位在external/opencore/extern_libs_v2/ khronos/openmax。關於如何實作這些元件的詳細文件，則可參照external/opencore/doc內的pdf檔案。  

Runtime層多媒體資料庫為播放器添加更多 高階功能  

Android Runtime層中的多媒體資料庫對多媒體應用開發影響甚大，故在此特別提出說明。  

Android的多媒體資料庫採用SQLite3資料庫系統，它的特點是效率高、體積小、支援大部分SQL查詢，相當適合行動裝置使用。在Android上資料庫又分為兩種：共用資料庫及私用資料庫。任何應用程式，包括系統的多媒體掃描器，都可以對共用資料庫進行存取；私用資料庫則只有建立該資料庫的應用程式可進行存取。多媒體資料庫屬於共用資料庫。  

Android內建三塊多媒體資料庫，分別管理音訊、視訊及圖片。開發者可透過ContentResolver類別(Column)來得到共用資料庫，並利用MediaStore類別來告訴系統需要哪一塊資料庫的什麼資料。  

如表1所示，MediaStore的三個子類別分別定義了三種資料型態，其下為該資料型態具有的資料類別。Media為三者共通，代表實際上的多媒體檔案，而音訊檔另有專輯、歌手、類別、播放清單四種子類別，分別具有各自的資料欄位，至於圖片則具有擺放縮圖用的子類別。

表1　多媒體資料庫query用常數
項目\資料型態	音訊	視訊	圖片
MediaStore子類別	MediaStore.Audio	MediaStore.Video	MediaStore.Images
資料類別	Media Albums Artists Genres Playlists	Media	Media Thumbnails

 

確定需要的資訊後，下一步就是從資料庫裡實際取出，首先要取得控制資料庫的ContentResolver物件，須使用Context類別之中的getContentResolver()方法。每個Activity和Service都實作Context，不過官方建議使用應用程式內部共通的getApplicationContext()，以避免浪費記憶體。在Activity或Service類別內可使用以下程式碼，其他類別則須傳入Context物件。  

ContentResolver resolver=getApplication Context().getContentResolver();

有了ContentResolver後，我們就可以對他下查詢指令來實際取得資料。比如說，以下程式碼可指定某音樂檔的路徑並取得歌手名：

Cursor cursor= resolver.query(MediaStore.Audio.Media. EXTERNAL_CONTENT_URI, new String[]{MediaStore.Audio.Media.ARTIST }, MediaStore.Audio.Media.DATA+"=?", new String[]{“/sdcard/music.mp3”}, null); if (cursor.moveToFirst()) { String artistName=cursor.getString(cursor. getColumnIndexOrThrow(MediaStore.Audio. Media.ARTIST)); } cursor.close();

查詢指令的第一個參數代表要在資料庫的哪一塊區域找資料，本例為指定“Audio”，代表要求查詢方法函式到音樂檔資料的存放處去搜尋。第二個參數代表要搜尋的資料欄位，本例為指定歌手名字(ARTIST)。第三個參數代表搜尋條件，本例為指定路徑(DATA)。DATA後面的「=?」代表實際上的限制條件，寫在第四個參數，本例為“/sdcard/music.mp3”代表要搜尋SD卡中的music.mp3這個音樂檔，第五個參數是排序方式，在本例中不使用。  

查詢方法函式會回傳一個cursor物件，讓程式可以在大量資料間迅速移動，先呼叫moveToFirst()方法讓cursor指向有效資料列，接著再把指定欄裡面的資料取出便大功告成。至於建立這些資料則不需開發者操煩，Android在有檔案被拷貝到記憶卡上時就會去解析檔案，然後立刻更新資料庫，開發者只要負責使用即可。

開放易用特性廣受青睞　軟體開發事半功倍  

Android是一個開放的手機軟體開發平台，內建多媒體支援並擁有廣大的擴充性、且內含功能強大的多媒體資料庫，使撰寫應用程式、開發編解碼器的程式設計師不會互相干擾而分工合作。隨著愈來愈多廠商投入Android終端設備的製造，加上其易於設計的特性，必能吸引軟體製造商積極投入以Android為基礎的行動多媒體應用研發上，設計出更符合消費者需求的多樣化應用程式，也為市場創造無限商機。如圖3即為資策會工程團隊的開發成果--Meridian Player在模擬器上執行的畫面，該模擬器亦可在G1手機上實際執行。

圖3　在模擬器上執行的Meridian Player

(本文作者任職於資策會網路多媒體研究所)