iOS开发基础62-音频开发：音效、音乐播放、录音、AVAudioSession 与后台播放

iOS 音频开发深度解析：音效、音乐播放、录音、AVAudioSession 与后台播放

本文系统梳理 iOS 音频开发：音效（System Sound Services）与音乐（AVAudioPlayer）的区别与播放、录音（AVAudioRecorder）的完整配置与权限、音频会话 AVAudioSession 的类别管理与中断处理、后台播放与远程控制、以及音频工具类封装。着重补充现代音频开发的核心细节。

一、音频简介

iOS 中音频按用途分为两类：

类型 别称 时长 作用 推荐框架
音效 短音频 1~2 秒 点缀效果（点击声、提示音、爆炸声） System Sound Services / AVAudioPlayer
音乐 长音频 较长（背景音乐） 持续播放 AVAudioPlayer / AVPlayer

播放音频主要使用 AVFoundation.framework。

音效为什么不用 AVAudioPlayer：System Sound Services 更轻量、启动延迟更低（毫秒级），适合频繁触发的短音效；AVAudioPlayer 初始化有开销，适合较长的音乐。但 System Sound Services 有格式和时长限制（见下文）。

二、音效播放

1. 基本使用

音效播放使用 System Sound Services（基于 AudioToolbox 框架）：

#import <AudioToolbox/AudioToolbox.h>

// 1. 获得音效文件路径
NSURL *url = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:@"m_03" withExtension:@"wav"];

// 2. 加载音效文件，得到音效 ID
SystemSoundID soundID = 0;
AudioServicesCreateSystemSoundID((__bridge CFURLRef)url, &soundID);

// 3. 播放音效
// 仅播放音效
AudioServicesPlaySystemSound(soundID);
// 播放音效同时震动（仅真机生效，模拟器无震动）
// AudioServicesPlayAlertSound(soundID);

音效文件只需加载一次：加载后 soundID 可重复使用，避免每次播放都重新加载（有性能开销）。

2. 常用函数

函数 作用
AudioServicesCreateSystemSoundID(CFURLRef, SystemSoundID *) 加载音效文件，生成 soundID
AudioServicesDisposeSystemSoundID(SystemSoundID) 释放音效资源
AudioServicesPlaySystemSound(SystemSoundID) 播放音效
AudioServicesPlayAlertSound(SystemSoundID) 播放音效 + 震动

3. 注意事项

  • 支持格式：仅支持 CAF、WAV、aif/aifc 等线性 PCM 或 IMA4 格式，不支持 MP3。
  • 时长限制：音效时长不超过 30 秒，超过会播放失败。
  • 震动：AudioServicesPlayAlertSound 的震动仅在真机生效，模拟器无震动硬件。
  • 音量：音效音量跟随系统铃声音量，不受 App 内 AVAudioPlayer 音量控制。
  • iOS 9 废弃：AudioServicesPlaySystemSound 和 AudioServicesPlayAlertSound 在 iOS 9 被标记为 deprecated，推荐使用带 completion 的版本或 AVAudioPlayer：
// iOS 9+ 推荐：带完成回调
AudioServicesPlaySystemSoundWithCompletion(soundID, ^{
    NSLog(@"音效播放完成");
});

// 或直接用 AVAudioPlayer 播放短音效（更灵活，支持 MP3）

三、音乐播放

1. AVAudioPlayer 简介

较长的音乐（背景音乐）使用 AVAudioPlayer，它是 AVFoundation 提供的音频播放器，支持本地音频文件的播放、暂停、循环、音量、速率等控制。

重要限制：AVAudioPlayer 只支持本地文件（NSURL 或 NSData），不支持远程流媒体 URL。远程音频流播放请使用 AVPlayer（AVFoundation 中更底层的播放器，支持本地和远程）。

2. 常用方法

#import <AVFoundation/AVFoundation.h>

// 加载音乐文件（本地 URL）
NSURL *url = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:@"bgm" withExtension:@"mp3"];
AVAudioPlayer *player = [[AVAudioPlayer alloc] initWithContentsOfURL:url error:nil];

// 或从 NSData 加载
// AVAudioPlayer *player = [[AVAudioPlayer alloc] initWithData:data error:nil];

// 准备播放（预缓冲，提高播放流畅性，建议调用）
[player prepareToPlay];

// 播放（异步）
[player play];

// 暂停
[player pause];

// 停止（停止后 currentTime 归零，再次 play 从头开始）
[player stop];

3. 常用属性

属性 类型 说明
isPlaying BOOL（只读） 是否正在播放
duration NSTimeInterval（只读） 总时长（秒）
currentTime NSTimeInterval 当前播放位置（可设置，用于拖拽进度）
numberOfLoops NSInteger 循环次数：-1 无限循环，0 播放 1 次，n 播放 n+1 次
volume float 音量（0.0 ~ 1.0）
enableRate BOOL 是否允许变速（必须先设 YES 才能设置 rate）
rate float 播放速率（1.0 正常，0.5 半速，2.0 双倍）
numberOfChannels NSUInteger（只读） 声道数
pan float 声道平衡（-1.0 左声道，0 中间，1.0 右声道）
meteringEnabled BOOL 是否启用音量测量
delegate id 代理（播放完成、解码错误、中断回调）

4. 音量测量

player.meteringEnabled = YES; // 启用测量

// 播放过程中定时调用
[player updateMeters]; // 更新测量值
float avgPower = [player averagePowerForChannel:0]; // 平均音量（分贝，-160 ~ 0）
float peakPower = [player peakPowerForChannel:0];   // 峰值音量

音量单位是分贝（dB），范围 -160（静音）~ 0（最大），需要转换为线性值才能用于 UI 显示。

5. 代理方法

@interface ViewController () <AVAudioPlayerDelegate>
@end

// 播放完成
- (void)audioPlayerDidFinishPlaying:(AVAudioPlayer *)player successfully:(BOOL)flag {
    NSLog(@"播放完成");
}

// 解码错误
- (void)audioPlayerDecodeErrorDidOccur:(AVAudioPlayer *)player error:(NSError *)error {
    NSLog(@"解码错误: %@", error);
}

// 播放中断（电话、闹钟等）
- (void)audioPlayerBeginInterruption:(AVAudioPlayer *)player {
    NSLog(@"开始中断，暂停播放");
}

- (void)audioPlayerEndInterruption:(AVAudioPlayer *)player withOptions:(NSUInteger)flags {
    if (flags == AVAudioSessionInterruptionOptionShouldResume) {
        [player play]; // 中断结束，恢复播放
    }
}

6. AVAudioPlayer vs AVPlayer

对比项 AVAudioPlayer AVPlayer
本地文件 支持 支持
远程流媒体 不支持 支持
播放控制 简单（play/pause/stop） 更底层（需自己管理 rate、timeControlStatus）
进度监听 currentTime 轮询 addPeriodicTimeObserver（Block 回调）
适用场景 本地背景音乐、短音效 网络音频、视频播放

四、录音

1. 录音权限（iOS 10+ 必须）

iOS 10 起，访问麦克风必须在 Info.plist 中添加 NSMicrophoneUsageDescription（麦克风使用说明），否则调用录音会直接崩溃：

<key>NSMicrophoneUsageDescription</key>
<string>需要访问麦克风进行录音</string>

2. 音频会话设置

录音前需要配置 AVAudioSession 类别为 Record 或 PlayAndRecord，否则可能录音失败或无声：

#import <AVFoundation/AVFoundation.h>

AVAudioSession *session = [AVAudioSession sharedInstance];
NSError *error = nil;
// 设置类别为录音（只录音不播放）
[session setCategory:AVAudioSessionCategoryRecord error:&error];
// 或 PlayAndRecord（同时播放和录音，如 K 歌、语音通话）
// [session setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayAndRecord error:&error];
[session setActive:YES error:&error];

3. AVAudioRecorder 完整实现

@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) AVAudioRecorder *recorder;
@end

@implementation ViewController

#pragma mark - 录音控制

- (IBAction)startRecord {
    // 请求麦克风权限（iOS 8+）
    [[AVAudioSession sharedInstance] requestRecordPermission:^(BOOL granted) {
        if (granted) {
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                [self.recorder record];
            });
        } else {
            NSLog(@"用户拒绝了麦克风权限");
        }
    }];
}

- (IBAction)stopRecord {
    [self.recorder stop];
}

#pragma mark - 懒加载

- (AVAudioRecorder *)recorder {
    if (!_recorder) {
        // 1. 录音文件存放路径（Documents 目录）
        NSString *docPath = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) firstObject];
        NSString *filePath = [docPath stringByAppendingPathComponent:@"record.caf"];
        NSURL *url = [NSURL fileURLWithPath:filePath];
        
        // 2. 录音设置（格式、采样率、声道、质量）
        NSDictionary *settings = @{
            AVFormatIDKey        : @(kAudioFormatMPEG4AAC),  // 格式：AAC（压缩，体积小）
            // AVFormatIDKey : @(kAudioFormatLinearPCM),     // 或 PCM（无损，体积大）
            AVSampleRateKey      : @(44100),                   // 采样率：44100（CD 音质）
            AVNumberOfChannelsKey: @(1),                        // 声道数：1（单声道）
            AVEncoderAudioQualityKey: @(AVAudioQualityHigh)    // 编码质量：高
        };
        
        // 3. 创建录音对象
        NSError *error = nil;
        _recorder = [[AVAudioRecorder alloc] initWithURL:url settings:settings error:&error];
        _recorder.meteringEnabled = YES; // 启用音量测量（可选）
        
        if (error) {
            NSLog(@"录音对象创建失败: %@", error);
        }
    }
    return _recorder;
}

@end

格式选择：

  • kAudioFormatMPEG4AAC：AAC 压缩格式，体积小，适合语音备忘录、聊天语音。
  • kAudioFormatLinearPCM：无损 PCM，体积大，适合后期音频处理。
  • 文件扩展名应与格式匹配：AAC 用 .m4a 或 .caf，PCM 用 .caf 或 .wav。

4. 录音音量监控

// 启用测量后，定时调用
[self.recorder updateMeters];
float avgPower = [self.recorder averagePowerForChannel:0]; // 平均音量
float peakPower = [self.recorder peakPowerForChannel:0];   // 峰值音量

五、音频会话 AVAudioSession（现代音频核心）

1. 为什么需要 AVAudioSession

AVAudioSession 是 iOS 音频的"总开关"，管理 App 与系统音频的交互：

  • 决定 App 音频是否与其他 App 音频混音。
  • 决定音频被中断（电话、闹钟、Siri）时的行为。
  • 决定音频路由（扬声器、耳机、蓝牙）。
  • 决定是否支持后台播放。

每个 App 只有一个 AVAudioSession 单例：[AVAudioSession sharedInstance]。

2. 常用类别（Category）

类别 作用 混音 后台播放 典型场景
AVAudioSessionCategoryAmbient 静音键和锁屏时静音 是 否 游戏背景音、音效
AVAudioSessionCategorySoloAmbient 默认类别，静音键和锁屏时静音 否（独占） 否 普通音乐播放
AVAudioSessionCategoryPlayback 静音键和锁屏不静音 可选 是（需配置） 音乐播放器、视频音频
AVAudioSessionCategoryRecord 只录音 - 是（需配置） 录音、语音识别
AVAudioSessionCategoryPlayAndRecord 同时播放和录音 可选 是 K 歌、语音通话、VoIP
AVAudioSessionCategoryMultiRoute 多路由输出 - - 复杂音频设备 
AVAudioSession *session = [AVAudioSession sharedInstance];
// 音乐播放器：Playback 类别，支持后台播放
[session setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayback error:nil];
[session setActive:YES error:nil];

3. 中断处理

音频被电话、闹钟、Siri 等中断时，系统发送 AVAudioSessionInterruptionNotification：

// 注册中断通知
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self
                                         selector:@selector(handleInterruption:)
                                             name:AVAudioSessionInterruptionNotification
                                           object:nil];

- (void)handleInterruption:(NSNotification *)note {
    NSDictionary *info = note.userInfo;
    AVAudioSessionInterruptionType type = [info[AVAudioSessionInterruptionTypeKey] unsignedIntegerValue];
    
    if (type == AVAudioSessionInterruptionTypeBegan) {
        // 中断开始：暂停播放
        [self.player pause];
    } else if (type == AVAudioSessionInterruptionTypeEnded) {
        // 中断结束：判断是否应恢复
        AVAudioSessionInterruptionOptions options = [info[AVAudioSessionInterruptionOptionKey] unsignedIntegerValue];
        if (options == AVAudioSessionInterruptionOptionShouldResume) {
            [self.player play];
        }
    }
}

4. 路由变化（耳机插拔、蓝牙连接）

[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self
                                         selector:@selector(handleRouteChange:)
                                             name:AVAudioSessionRouteChangeNotification
                                           object:nil];

- (void)handleRouteChange:(NSNotification *)note {
    NSDictionary *info = note.userInfo;
    AVAudioSessionRouteChangeReason reason = [info[AVAudioSessionRouteChangeReasonKey] unsignedIntegerValue];
    
    if (reason == AVAudioSessionRouteChangeReasonOldDeviceUnavailable) {
        // 耳机拔出：暂停播放（苹果官方推荐行为）
        [self.player pause];
    }
}

六、后台播放与远程控制（现代重点）

1. 开启后台播放

  1. 在 Info.plist 中添加后台模式：
<key>UIBackgroundModes</key>
<array>
    <string>audio</string>
</array>

或在 Xcode → Target → Capabilities → Background Modes → 勾选 Audio, AirPlay, and Picture in Picture。

  1. 设置 AVAudioSession 类别为 Playback：
[[AVAudioSession sharedInstance] setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayback error:nil];
[[AVAudioSession sharedInstance] setActive:YES error:nil];

完成后，App 进入后台时音频继续播放。

2. 锁屏信息（Now Playing Info）

在锁屏和控制中心显示歌曲信息：

#import <MediaPlayer/MediaPlayer.h>

MPNowPlayingInfoCenter *center = [MPNowPlayingInfoCenter defaultCenter];
NSMutableDictionary *info = [NSMutableDictionary dictionary];
info[MPMediaItemPropertyTitle] = @"歌曲名";
info[MPMediaItemPropertyArtist] = @"艺术家";
info[MPMediaItemPropertyAlbumTitle] = @"专辑名";
info[MPMediaItemPropertyPlaybackDuration] = @(self.player.duration);
info[MPNowPlayingInfoPropertyElapsedPlaybackTime] = @(self.player.currentTime);
info[MPNowPlayingInfoPropertyPlaybackRate] = @(self.player.rate);
// 专辑封面
MPMediaItemArtwork *artwork = [[MPMediaItemArtwork alloc] initWithImage:[UIImage imageNamed:@"cover"]];
info[MPMediaItemPropertyArtwork] = artwork;
center.nowPlayingInfo = info;

3. 远程控制（锁屏按钮、耳机线控）

MPRemoteCommandCenter *commandCenter = [MPRemoteCommandCenter sharedCommandCenter];

// 播放/暂停
[commandCenter.playCommand addTarget:self action:@selector(remotePlay)];
[commandCenter.pauseCommand addTarget:self action:@selector(remotePause)];

// 上一首/下一首
[commandCenter.nextTrackCommand addTarget:self action:@selector(remoteNext)];
[commandCenter.previousTrackCommand addTarget:self action:@selector(remotePrevious)];

// 耳机线控的播放/暂停切换
[commandCenter.togglePlayPauseCommand addTarget:self action:@selector(remoteToggle)];

实现远程控制后，锁屏界面的播放/暂停/上一首/下一首按钮、耳机线控、控制中心都能控制 App 音频。

七、音频工具类封装

1. 工具类接口

#import <Foundation/Foundation.h>
#import <AVFoundation/AVFoundation.h>

@interface CHGAudioTool : NSObject

/// 播放音效（根据文件名）
+ (void)playSoundWithName:(NSString *)soundName;

/// 播放音乐（根据文件名），返回播放器
+ (AVAudioPlayer *)playMusicWithName:(NSString *)musicName;

/// 暂停音乐
+ (void)pauseMusicWithName:(NSString *)musicName;

/// 停止音乐
+ (void)stopMusicWithName:(NSString *)musicName;

/// 停止所有音乐
+ (void)stopAllMusic;

@end

2. 工具类实现（改进版）

#import "CHGAudioTool.h"
#import <AudioToolbox/AudioToolbox.h>

static NSMutableDictionary *_soundIDs;  // 音效 ID 缓存
static NSMutableDictionary *_players;    // 音乐播放器缓存

@implementation CHGAudioTool

+ (void)initialize {
    _soundIDs = [NSMutableDictionary dictionary];
    _players = [NSMutableDictionary dictionary];
}

#pragma mark - 音效

+ (void)playSoundWithName:(NSString *)soundName {
    // 1. 从缓存取 soundID
    SystemSoundID soundID = [[_soundIDs objectForKey:soundName] unsignedIntValue];
    
    // 2. 未加载则加载
    if (soundID == 0) {
        NSURL *url = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:soundName withExtension:nil];
        if (!url) {
            NSLog(@"音效文件不存在: %@", soundName);
            return;
        }
        AudioServicesCreateSystemSoundID((__bridge CFURLRef)url, &soundID);
        _soundIDs[soundName] = @(soundID);
    }
    
    // 3. 播放
    AudioServicesPlaySystemSound(soundID);
}

#pragma mark - 音乐

+ (AVAudioPlayer *)playMusicWithName:(NSString *)musicName {
    // 1. 从缓存取播放器
    AVAudioPlayer *player = _players[musicName];
    
    // 2. 未创建则创建
    if (!player) {
        NSURL *url = [[NSBundle mainBundle] URLForResource:musicName withExtension:nil];
        if (!url) {
            NSLog(@"音乐文件不存在: %@", musicName);
            return nil;
        }
        NSError *error = nil;
        player = [[AVAudioPlayer alloc] initWithContentsOfURL:url error:&error];
        if (error) {
            NSLog(@"音乐播放器创建失败: %@", error);
            return nil;
        }
        [player prepareToPlay]; // 预缓冲
        _players[musicName] = player;
    }
    
    // 3. 如果正在播放，先重置到开头再播放（或根据需求改为不操作）
    if (player.isPlaying) {
        player.currentTime = 0;
    }
    [player play];
    return player;
}

+ (void)pauseMusicWithName:(NSString *)musicName {
    AVAudioPlayer *player = _players[musicName];
    if (player.isPlaying) {
        [player pause];
    }
}

+ (void)stopMusicWithName:(NSString *)musicName {
    AVAudioPlayer *player = _players[musicName];
    if (player) {
        [player stop];
        [_players removeObjectForKey:musicName];
    }
}

+ (void)stopAllMusic {
    for (NSString *key in _players.allKeys) {
        AVAudioPlayer *player = _players[key];
        [player stop];
    }
    [_players removeAllObjects];
}

@end

3. 使用示例

#import "CHGAudioTool.h"

// 播放音效
[CHGAudioTool playSoundWithName:@"click.wav"];

// 播放背景音乐（无限循环）
AVAudioPlayer *bgmPlayer = [CHGAudioTool playMusicWithName:@"bgm.mp3"];
bgmPlayer.numberOfLoops = -1;
bgmPlayer.volume = 0.5;

// 暂停/停止
[CHGAudioTool pauseMusicWithName:@"bgm.mp3"];
[CHGAudioTool stopMusicWithName:@"bgm.mp3"];

八、Swift 版本对照

音效播放（Swift）

import AudioToolbox

var soundID: SystemSoundID = 0
let url = Bundle.main.url(forResource: "m_03", withExtension: "wav")!
AudioServicesCreateSystemSoundID(url as CFURL, &soundID)
AudioServicesPlaySystemSound(soundID)
// 带完成回调（iOS 9+）
AudioServicesPlaySystemSoundWithCompletion(soundID) {
    print("音效播放完成")
}

音乐播放（Swift）

import AVFoundation

let url = Bundle.main.url(forResource: "bgm", withExtension: "mp3")!
let player = try! AVAudioPlayer(contentsOf: url)
player.numberOfLoops = -1
player.volume = 0.5
player.prepareToPlay()
player.play()

录音（Swift）

import AVFoundation

let session = AVAudioSession.sharedInstance()
try session.setCategory(.record)
try session.setActive(true)

session.requestRecordPermission { granted in
    if granted {
        let docPath = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(.documentDirectory, .userDomainMask, true)[0]
        let filePath = (docPath as NSString).appendingPathComponent("record.m4a")
        let url = URL(fileURLWithPath: filePath)
        
        let settings: [String: Any] = [
            AVFormatIDKey: Int(kAudioFormatMPEG4AAC),
            AVSampleRateKey: 44100,
            AVNumberOfChannelsKey: 1,
            AVEncoderAudioQualityKey: AVAudioQuality.high.rawValue
        ]
        
        let recorder = try! AVAudioRecorder(url: url, settings: settings)
        recorder.record()
    }
}

AVAudioSession 与后台播放（Swift）

let session = AVAudioSession.sharedInstance()
try session.setCategory(.playback)
try session.setActive(true)

// 中断通知
NotificationCenter.default.addObserver(forName: AVAudioSession.interruptionNotification, object: nil, queue: .main) { note in
    guard let info = note.userInfo,
          let typeValue = info[AVAudioSessionInterruptionTypeKey] as? UInt,
          let type = AVAudioSession.InterruptionType(rawValue: typeValue) else { return }
    if type == .began {
        // 暂停
    } else if type == .ended {
        // 恢复
    }
}

锁屏信息与远程控制（Swift）

import MediaPlayer

let center = MPNowPlayingInfoCenter.default()
center.nowPlayingInfo = [
    MPMediaItemPropertyTitle: "歌曲名",
    MPMediaItemPropertyArtist: "艺术家",
    MPMediaItemPropertyPlaybackDuration: player.duration,
    MPNowPlayingInfoPropertyElapsedPlaybackTime: player.currentTime
]

let commandCenter = MPRemoteCommandCenter.shared()
commandCenter.playCommand.addTarget { _ in
    player.play()
    return .success
}
commandCenter.pauseCommand.addTarget { _ in
    player.pause()
    return .success
}

九、总结

  • 音频分类：音效（短音频，1~2 秒，System Sound Services，轻量低延迟）和音乐（长音频，AVAudioPlayer，功能丰富）。
  • 音效播放：AudioServicesCreateSystemSoundID 加载 → AudioServicesPlaySystemSound 播放，只加载一次可重复使用；仅支持 CAF/WAV/aif，不支持 MP3，时长 ≤30 秒；震动仅真机生效；iOS 9 起 API 废弃，推荐带 completion 版本或 AVAudioPlayer。
  • 音乐播放：AVAudioPlayer 只支持本地文件（远程流媒体用 AVPlayer）；常用 play/pause/stop、numberOfLoops（-1 无限循环）、volume、rate（需先 enableRate=YES）、pan、currentTime、meteringEnabled + updateMeters + averagePower/peakPower；delegate 监听播放完成、解码错误、中断。
  • 录音：AVAudioRecorder；iOS 10+ 必须在 Info.plist 添加 NSMicrophoneUsageDescription，否则崩溃；需配置 AVAudioSession 类别为 Record/PlayAndRecord 并 requestRecordPermission 请求权限；settings 包含格式（AAC/PCM）、采样率（44100）、声道数、编码质量。
  • AVAudioSession（现代核心）：单例管理 App 与系统音频交互；类别 Ambient/SoloAmbient/Playback/Record/PlayAndRecord/MultiRoute；中断通知 AVAudioSessionInterruptionNotification（电话/闹钟/Siri）；路由变化通知 AVAudioSessionRouteChangeNotification（耳机插拔/蓝牙）。
  • 后台播放：Info.plist 添加 UIBackgroundModes=audio + AVAudioSession 类别 Playback；MPNowPlayingInfoCenter 设置锁屏歌曲信息；MPRemoteCommandCenter 处理远程控制（锁屏按钮/耳机线控/控制中心）。
  • 工具类封装：静态字典缓存 soundID 和 player，避免重复加载；playSoundWithName、playMusicWithName、pause/stop/stopAll；prepareToPlay 预缓冲；stop 后从缓存移除。
posted @ 2015-10-10 09:52  Mr.陳  阅读(889)  评论(0)    收藏  举报