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AudioTrack与AudioFlinger交换音频数据

 
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引子

Android Framework的音频子系统中,每一个音频流对应着一个AudioTrack类的一个实例,每个AudioTrack会在创建时注册到 AudioFlinger中,由AudioFlinger把所有的AudioTrack进行混合(Mixer),然后输送到AudioHardware中 进行播放,目前Android的Froyo版本设定了同时最多可以创建32个音频流,也就是说,Mixer最多会同时处理32个AudioTrack的数 据流。

如何使用AudioTrack

AudioTrack的主要代码位于 frameworks/base/media/libmedia/audiotrack.cpp中。现在先通过一个例子来了解一下如何使用 AudioTrack,ToneGenerator是android中产生电话拨号音和其他音调波形的一个实现,我们就以它为例子:

ToneGenerator的初始化函数:

  1. bool ToneGenerator::initAudioTrack(){
  2. //Openaudiotrackinmono,PCM16bit,defaultsamplingrate,defaultbuffersize
  3. mpAudioTrack=new AudioTrack();
  4. mpAudioTrack->set (mStreamType,
  5. 0,
  6. AudioSystem::PCM_16_BIT,
  7. AudioSystem::CHANNEL_OUT_MONO,
  8. 0,
  9. 0,
  10. audioCallback,
  11. this ,
  12. 0,
  13. 0,
  14. mThreadCanCallJava);
  15. if (mpAudioTrack->initCheck()!=NO_ERROR){
  16. LOGE("AudioTrack->initCheckfailed" );
  17. goto initAudioTrack_exit;
  18. }
  19. mpAudioTrack->setVolume(mVolume,mVolume);
  20. mState=TONE_INIT;
  21. ......
  22. }
    可见,创建步骤很简单,先new一个AudioTrack的实例,然后调用set成员函数完成参数的设置并注册到AudioFlinger中,然后可以调 用其他诸如设置音量等函数进一步设置音频参数。其中,一个重要的参数是audioCallback,audioCallback是一个回调函数,负责响应 AudioTrack的通知,例如填充数据、循环播放、播放位置触发等等。回调函数的写法通常像这样:
  1. void ToneGenerator::audioCallback(int event ,void *user,void *info){
  2. if (event !=AudioTrack::EVENT_MORE_DATA)return ;
  3. AudioTrack::Buffer*buffer=static_cast<AudioTrack::Buffer*>(info);
  4. ToneGenerator*lpToneGen=static_cast<ToneGenerator*>(user);
  5. short *lpOut=buffer->i16;
  6. unsignedint lNumSmp=buffer->size/sizeof (short );
  7. const ToneDescriptor*lpToneDesc=lpToneGen->mpToneDesc;
  8. if (buffer->size==0)return ;
  9. //Clearoutputbuffer:WaveGeneratoraccumulatesintolpOutbuffer
  10. memset(lpOut,0,buffer->size);
  11. ......
  12. //以下是产生音调数据的代码,略....
  13. }
    该函数首先判断事件的类型是否是EVENT_MORE_DATA,如果是,则后续的代码会填充相应的音频数据后返回,当然你可以处理其他事件,以下是可用的事件类型
  1. enum event_type{
  2. EVENT_MORE_DATA=0,//RequesttowritemoredatatoPCMbuffer.
  3. EVENT_UNDERRUN=1,//PCMbufferunderrunoccured.
  4. EVENT_LOOP_END=2,//Sampleloopendwasreached;playbackrestartedfromloopstartifloopcountwasnot0.
  5. EVENT_MARKER=3,//Playbackheadisatthespecifiedmarkerposition(SeesetMarkerPosition()).
  6. EVENT_NEW_POS=4,//Playbackheadisatanewposition(SeesetPositionUpdatePeriod()).
  7. EVENT_BUFFER_END=5//Playbackheadisattheendofthebuffer.
  8. };

关于开始播放和停止播放 ,只要简单的调用start() ,stop()即可

mpAudioTrack->start();


AudioTrack和AudioFlinger的通信机制

通常,AudioTrack和AudioFlinger并不在同一个进程中,它们通过android中的binder机制建立联系。

AudioFlinger是android中的一个service,在android启动时就已经被加载。

我们可以这样理解:

  • audio_track_cblk_t实现了一个环形FIFO;
  • AudioTrack是FIFO的数据生产者;
  • AudioFlinger是FIFO的数据消费者。

建立联系的过程

解释一下过程:

  • Framework或者Java层通过JNI,new AudioTrack();
  • 根据StreamType等参数,通过一系列的调用getOutput();
  • 如有必要,AudioFlinger根据StreamType打开不同硬件设备;
  • AudioFlinger为该输出设备创建混音线程: MixerThread(),并把该线程的id作为getOutput()的返回值返回给AudioTrack;
  • AudioTrack通过binder机制调用AudioFlinger的createTrack();
  • AudioFlinger注册该AudioTrack到MixerThread中;
  • AudioFlinger创建一个用于控制的TrackHandle,并以IAudioTrack这一接口作为createTrack()的返回值;
  • AudioTrack通过IAudioTrack接口,得到在AudioFlinger中创建的FIFO(audio_track_cblk_t);
  • AudioTrack创建自己的监控线程:AudioTrackThread;

自此,AudioTrack建立了和AudioFlinger的全部联系工作,接下来,AudioTrack可以:

  • 通过IAudioTrack接口控制该音轨的状态,例如start,stop,pause等等;
  • 通过对FIFO的写入,实现连续的音频播放;
  • 监控线程监控事件的发生,并通过audioCallback回调函数与用户程序进行交互;

FIFO的管理

audio_track_cblk_t

audio_track_cblk_t这个结构是FIFO实现的关键,该结构是在createTrack的时候,由AudioFlinger申请相 应的内存,然后通过IMemory接口返回AudioTrack的,这样AudioTrack和AudioFlinger管理着同一个 audio_track_cblk_t,通过它实现了环形FIFO,AudioTrack向FIFO中写入音频数据,AudioFlinger从FIFO 中读取音频数据,经Mixer后送给AudioHardware进行播放。

audio_track_cblk_t的主要数据成员:

user --AudioTrack当前的写位置的偏移
userBase -- AudioTrack写偏移的基准位置,结合user的值方可确定真实的FIFO地址指针
server --AudioFlinger当前的读位置的偏移
serverBase -- AudioFlinger读偏移的基准位置,结合server的值方可确定真实的FIFO地址指针

frameCount-- FIFO的大小,以音频数据的帧为单位,16bit的音频每帧的大小是2字节

buffers -- 指向FIFO的起始地址

out -- 音频流的方向,对于AudioTrack,out=1,对于AudioRecord,out=0

audio_track_cblk_t的主要成员函数:

framesAvailable_l()和framesAvailable()用于获取FIFO中可写的空闲空间的大小,只是加锁和不加锁的区别。

转自:

http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/14/5941344.aspx

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