Android系列——AudioTrack如何与AudioFlinger交换音频数据1

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：

bool ToneGenerator::initAudioTrack() {
   // Open audio track in mono, PCM 16bit, default sampling rate, default buffer size
    mpAudioTrack = new AudioTrack();
    mpAudioTrack->set(mStreamType,
                      0,
                      AudioSystem::PCM_16_BIT,
                      AudioSystem::CHANNEL_OUT_MONO,
                      0,
                      0,
                      audioCallback,
                      this,
                      0,
                      0,
                      mThreadCanCallJava);
    if (mpAudioTrack->initCheck() != NO_ERROR) {
        LOGE("AudioTrack->initCheck failed");
        goto initAudioTrack_exit;
    }
    mpAudioTrack->setVolume(mVolume, mVolume);
    mState = TONE_INIT;
    ......
 }

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：

void ToneGenerator::audioCallback(int event, void* user, void *info) {
    if (event != AudioTrack::EVENT_MORE_DATA) return;
    AudioTrack::Buffer *buffer = static_cast(info);
    ToneGenerator *lpToneGen = static_cast(user);
    short *lpOut = buffer->i16;
    unsigned int lNumSmp = buffer->size/sizeof(short);
    const ToneDescriptor *lpToneDesc = lpToneGen->mpToneDesc;
    if (buffer->size == 0) return;

    // Clear output buffer: WaveGenerator accumulates into lpOut buffer
    memset(lpOut, 0, buffer->size);
    ......
    // 以下是产生音调数据的代码，略....
}

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：

enum event_type {
        EVENT_MORE_DATA = 0,        // Request to write more data to PCM buffer.
        EVENT_UNDERRUN = 1,         // PCM buffer underrun occured.
        EVENT_LOOP_END = 2,         // Sample loop end was reached; playback restarted from loop start if loop count was not 0.
        EVENT_MARKER = 3,           // Playback head is at the specified marker position (See setMarkerPosition()).
        EVENT_NEW_POS = 4,          // Playback head is at a new position (See setPositionUpdatePeriod()).
        EVENT_BUFFER_END = 5        // Playback head is at the end of the buffer.
    };

开始播放：

mpAudioTrack->start();

停止播放：

mpAudioTrack->stop();

只要简单地调用成员函数start()和stop()即可。

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。下面这张图展示了他们两个的关系：

                                                                              图一 AudioTrack和AudioFlinger的关系

我们可以这样理解这张图的含义：

• 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

下面的序列图展示了AudioTrack和AudioFlinger建立联系的过程：

                                                              图二 AudioTrack和AudioFlinger建立联系

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；