Android 音视频开发(三):使用 AudioTrack 播放PCM音频

一、AudioTrack 基本使用

AudioTrack 类可以完成Android平台上音频数据的输出任务。AudioTrack有两种数据加载模式(MODE_STREAM和MODE_STATIC),对应的是数据加载模式和音频流类型, 对应着两种完全不同的使用场景。

  • MODE_STREAM:在这种模式下,通过write一次次把音频数据写到AudioTrack中。这和平时通过write系统调用往文件中写数据类似,但这种工作方式每次都需要把数据从用户提供的Buffer中拷贝到AudioTrack内部的Buffer中,这在一定程度上会使引入延时。为解决这一问题,AudioTrack就引入了第二种模式。
  • MODE_STATIC:这种模式下,在play之前只需要把所有数据通过一次write调用传递到AudioTrack中的内部缓冲区,后续就不必再传递数据了。这种模式适用于像铃声这种内存占用量较小,延时要求较高的文件。但它也有一个缺点,就是一次write的数据不能太多,否则系统无法分配足够的内存来存储全部数据。

1.1 MODE_STATIC模式

MODE_STATIC模式输出音频的方式如下(注意:如果采用STATIC模式,须先调用write写数据,然后再调用play。):

public class AudioTrackPlayerDemoActivity extends Activity implements
        OnClickListener {

    private static final String TAG = "AudioTrackPlayerDemoActivity";
    private Button button;
    private byte[] audioData;
    private AudioTrack audioTrack;

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        super.setContentView(R.layout.main);
        this.button = (Button) super.findViewById(R.id.play);
        this.button.setOnClickListener(this);
        this.button.setEnabled(false);
        new AsyncTask<Void, Void, Void>() {
            @Override
            protected Void doInBackground(Void... params) {
                try {
                    InputStream in = getResources().openRawResource(R.raw.ding);
                    try {
                        ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream(
                                264848);
                        for (int b; (b = in.read()) != -1;) {
                            out.write(b);
                        }
                        Log.d(TAG, "Got the data");
                        audioData = out.toByteArray();
                    } finally {
                        in.close();
                    }
                } catch (IOException e) {
                    Log.wtf(TAG, "Failed to read", e);
                }
                return null;
            }

            @Override
            protected void onPostExecute(Void v) {
                Log.d(TAG, "Creating track...");
                button.setEnabled(true);
                Log.d(TAG, "Enabled button");
            }
        }.execute();
    }

    public void onClick(View view) {
        this.button.setEnabled(false);
        this.releaseAudioTrack();
        this.audioTrack = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 44100,
                AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,
                audioData.length, AudioTrack.MODE_STATIC);
        Log.d(TAG, "Writing audio data...");
        this.audioTrack.write(audioData, 0, audioData.length);
        Log.d(TAG, "Starting playback");
        audioTrack.play();
        Log.d(TAG, "Playing");
        this.button.setEnabled(true);
    }

    private void releaseAudioTrack() {
        if (this.audioTrack != null) {
            Log.d(TAG, "Stopping");
            audioTrack.stop();
            Log.d(TAG, "Releasing");
            audioTrack.release();
            Log.d(TAG, "Nulling");
        }
    }

    public void onPause() {
        super.onPause();
        this.releaseAudioTrack();
    }
}

1.2 MODE_STREAM模式

MODE_STREAM 模式输出音频的方式如下:

byte[] tempBuffer = new byte[bufferSize];
int readCount = 0;
while (dis.available() > 0) {
    readCount = dis.read(tempBuffer);
    if (readCount == AudioTrack.ERROR_INVALID_OPERATION || readCount == AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE) {
        continue;
    }
    if (readCount != 0 && readCount != -1) {
        audioTrack.play();
        audioTrack.write(tempBuffer, 0, readCount);
    }
} 

二、AudioTrack 详解

 2.1  音频流的类型

在AudioTrack构造函数中,会接触到AudioManager.STREAM_MUSIC这个参数。它的含义与Android系统对音频流的管理和分类有关。

Android将系统的声音分为好几种流类型,下面是几个常见的:

·  STREAM_ALARM:警告声

·  STREAM_MUSIC:音乐声,例如music等

·  STREAM_RING:铃声

·  STREAM_SYSTEM:系统声音,例如低电提示音,锁屏音等

·  STREAM_VOCIE_CALL:通话声

注意:上面这些类型的划分和音频数据本身并没有关系。例如MUSIC和RING类型都可以是某首MP3歌曲。另外,声音流类型的选择没有固定的标准,例如,铃声预览中的铃声可以设置为MUSIC类型。音频流类型的划分和Audio系统对音频的管理策略有关。

 

2.2 Buffer分配和Frame的概念

在计算Buffer分配的大小的时候,我们经常用到的一个方法就是:getMinBufferSize。这个函数决定了应用层分配多大的数据Buffer。

AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K个采样点                              
        AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//双声道                  
        AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);

从AudioTrack.getMinBufferSize开始追溯代码,可以发现在底层的代码中有一个很重要的概念:Frame(帧)。Frame是一个单位,用来描述数据量的多少。1单位的Frame等于1个采样点的字节数×声道数(比如PCM16,双声道的1个Frame等于2×2=4字节)。1个采样点只针对一个声道,而实际上可能会有一或多个声道。由于不能用一个独立的单位来表示全部声道一次采样的数据量,也就引出了Frame的概念。Frame的大小,就是一个采样点的字节数×声道数。另外,在目前的声卡驱动程序中,其内部缓冲区也是采用Frame作为单位来分配和管理的。

下面是追溯到的native层的方法:

 // minBufCount表示缓冲区的最少个数,它以Frame作为单位
   uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 *afFrameCount)/afSamplingRate);
    if(minBufCount < 2) minBufCount = 2;//至少要两个缓冲
 
   //计算最小帧个数
   uint32_tminFrameCount =               
         (afFrameCount*sampleRateInHertz*minBufCount)/afSamplingRate;
  //下面根据最小的FrameCount计算最小的缓冲大小   
   intminBuffSize = minFrameCount //计算方法完全符合我们前面关于Frame的介绍
           * (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1)
           * nbChannels;
 
    returnminBuffSize;

getMinBufSize会综合考虑硬件的情况(诸如是否支持采样率,硬件本身的延迟情况等)后,得出一个最小缓冲区的大小。一般我们分配的缓冲大小会是它的整数倍。

2.3 AudioTrack构造过程

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。 

三、 AudioTrack 与 MediaPlayer 的对比

播放声音可以用MediaPlayer和AudioTrack,两者都提供了Java API供应用开发者使用。虽然都可以播放声音,但两者还是有很大的区别的。

3.1 区别

其中最大的区别是MediaPlayer可以播放多种格式的声音文件,例如MP3,AAC,WAV,OGG,MIDI等。MediaPlayer会在framework层创建对应的音频解码器。而AudioTrack只能播放已经解码的PCM流,如果对比支持的文件格式的话则是AudioTrack只支持wav格式的音频文件,因为wav格式的音频文件大部分都是PCM流。AudioTrack不创建解码器,所以只能播放不需要解码的wav文件。

3.2 联系

MediaPlayer在framework层还是会创建AudioTrack,把解码后的PCM数流传递给AudioTrack,AudioTrack再传递给AudioFlinger进行混音,然后才传递给硬件播放,所以是MediaPlayer包含了AudioTrack。

3.3 SoundPool

在接触Android音频播放API的时候,发现SoundPool也可以用于播放音频。下面是三者的使用场景:MediaPlayer 更加适合在后台长时间播放本地音乐文件或者在线的流式资源; SoundPool 则适合播放比较短的音频片段,比如游戏声音、按键声、铃声片段等等,它可以同时播放多个音频; 而 AudioTrack 则更接近底层,提供了非常强大的控制能力,支持低延迟播放,适合流媒体和VoIP语音电话等场景。

四、源码 

https://github.com/renhui/AudioDemo 

posted @ 2017-09-01 15:09 灰色飘零 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏