Android-音视频（3）：用AudioTrack播放音频PCM

1.介绍AudioTrck

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1.1首先简单介绍什么是PCM？

脉冲编码调制(Pulse Code Modulation,PCM)，它的作用是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。

pcm是一个通信上的概念，脉冲编码调制，是编码。wav是媒体概念，体现的是封装。wav文件可以封装pcm编码信息，也可以封装其他编码格式，例如mp3等

从手机麦克风采集的数据就是pcm原始数据。

1.2AudioTrck

首先它可以直接播放pcm音频数据，但是不能播放其它的格式如MP3，AAC，WAV等,不过更加上层的API如MediaPlay却可以播放这些格式,但是同时MediaPlay也失去了对底层数据流的一些操作，如AudioTrack可以控制每一帧数据，可以自己转化任意格式，自由性比较强大,而MediaPlay却不行。

AudioTrack播放有两种模式：

• MODE_STREAM：在这种模式下，需要先play，然后通过write一次次把音频数据写到AudioTrack中。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，需要先write，再play.。先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。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。

1.3在看播放之前，先来了解一下AudioTrack是如何构造出来的。

在AudioTrack构造函数中，会接触到AudioManager.STREAM_MUSIC这个参数。

Android将系统的声音streamType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。

构造有多种：

下面两种对于低版本api可以用：

• 1. AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,int bufferSizeInBytes, int mode)
• 2. AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,int bufferSizeInBytes, int mode, int sessionId)
• streamType参数如上，sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat,bufferSizeInBytes都是自己定义的值，mode是两种模式之一
• sessionId：音频会话的ID AudioTrack必须附加。AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE if the session isn't known at construction time。就是说在创建的时候不知道会话可以传入这个值AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE 。
• 文档中也给出了提示：
• https://developer.android.google.cn/reference/android/media/AudioTrack.html#AudioTrack(int,%20int,%20int,%20int,%20int,%20int)
• This constructor was deprecated in API level 26.
• use AudioTrack.Builder or AudioTrack(AudioAttributes, AudioFormat, int, int, int) to specify the AudioAttributes instead of the stream type which is only for volume control.

另外一种：

• AudioTrack(AudioAttributes attributes, AudioFormat format, int bufferSizeInBytes,int mode, int sessionId)

后面三个int参数就不用介绍了,上面有，介绍前两个参数(not null)。

format实例描述将通过此AudioTrack播放的数据的格式。见AudioFormat.Builder用于配置音频格式参数，如编码数据格式、通道和采样率,就是将之前的api的三个参数（数据格式，通道，采样率）合为一体，很容易理解。

attributes则是对之前的api的streamType的 一个改进。

streamType是描述音频的播放行为，是用来表述声音是用于干嘛的，在AudioAttributes可以用setUsage()设置，有以下值：

int	USAGE_ALARM 当使用是警报时使用的用法值(例如：
int	USAGE_ASSISTANCE_ACCESSIBILITY 当使用是用于可访问性时使用的用法值，例如与屏幕读取器一起使用。
int	USAGE_ASSISTANCE_NAVIGATION_GUIDANCE 当使用是驱动或导航指示时使用的用法值。
int	USAGE_ASSISTANCE_SONIFICATION 当使用是声纳化时使用的用法值，例如用户界面声音。
int	USAGE_ASSISTANT 用于用户查询、音频指令或帮助语句的音频响应的用法值。
int	USAGE_GAME 当使用是用于游戏音频时使用的用法值。
int	USAGE_MEDIA 当使用是媒体(如音乐或电影配乐)时使用的用法值。
int	USAGE_NOTIFICATION 当使用是通知时要使用的用法值。
int	USAGE_NOTIFICATION_COMMUNICATION_DELAYED 当使用是非即时通信类型(如电子邮件)的通知时，要使用的使用值。
int	USAGE_NOTIFICATION_COMMUNICATION_INSTANT 当使用是“即时”通信(如聊天或SMS)的通知时使用的用法值。
int	USAGE_NOTIFICATION_COMMUNICATION_REQUEST 当使用是输入/结束通信的请求时使用的用法值，例如VoIP通信或视频会议。
int	USAGE_NOTIFICATION_EVENT 当使用是为了吸引用户的注意时使用的使用价值，例如提醒或低电量警告。
int	USAGE_NOTIFICATION_RINGTONE 当使用是电话铃声时使用的使用价值。
int	USAGE_UNKNOWN 用法未知时使用的用法值。
int	USAGE_VOICE_COMMUNICATION 当使用是语音通信时使用的使用价值，如电话或VoIP。
int	USAGE_VOICE_COMMUNICATION_SIGNALLING 当使用是在呼叫信号时使用的用法值，例如使用“繁忙”的嘟嘟声或DTMF音调。

而AudioAttributes多加了一个东西就是内容类型，通过setContentType()设置,有以下值：

int	CONTENT_TYPE_MOVIE 当内容类型是配乐时使用的内容类型值，通常伴随电影或电视节目。
int	CONTENT_TYPE_MUSIC 当内容类型是音乐时要使用的内容类型值。
int	CONTENT_TYPE_SONIFICATION 当内容类型是用于伴随用户操作的声音时使用的内容类型值，例如表示键单击的响声或声音效果，或事件，例如在游戏中接收奖励的声音的类型。
int	CONTENT_TYPE_SPEECH 内容类型为语音时使用的内容类型值。
int	CONTENT_TYPE_UNKNOWN 当内容类型未知时使用的内容类型值，或定义的内容类型值以外的值。

 

2.使用MODE_STREAM模式播放 audiorecordtest.pcm

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//音频采样率 (MediaRecoder的采样率通常是8000Hz AAC的通常是44100Hz.设置采样率为44100目前为常用的采样率，官方文档表示这个值可以兼容所有的设置）    
private static final int mSampleRateInHz = 44100;    //声道    
private static final int mChannelConfig = AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO; //单声道
//数据格式  (指定采样的数据的格式和每次采样的大小)    //指定音频量化位数 ,在AudioFormaat类中指定了以下各种可能的常量。通常我们选择ENCODING_PCM_16BIT和ENCODING_PCM_8BIT PCM代表的是脉冲编码调制，它实际上是原始音频样本。    //因此可以设置每个样本的分辨率为16位或者8位，16位将占用更多的空间和处理能力,表示的音频也更加接近真实。    
private static final int mAudioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
private static final String mFileName = Environment.getExternalStorageDirectory().getAbsolutePath()+File.separator+"audiorecordtest.pcm";

private void playPCM_STREAM() throws FileNotFoundException {
        if (maudioTrack != null){
            maudioTrack.stop();
            maudioTrack.release();
            maudioTrack = null;
        }
//先估算最小缓冲区大小
        mBufferSizeInBytes = AudioRecord.getMinBufferSize(mSampleRateInHz,mChannelConfig,mAudioFormat);
//创建AudioTrack
        maudioTrack = new AudioTrack(
          new AudioAttributes.Builder()
                .setUsage(AudioAttributes.USAGE_MEDIA)
                .setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_MUSIC)
                .build(),
          new AudioFormat.Builder()
                .setSampleRate(mSampleRateInHz)
                .setEncoding(mAudioFormat)
                .setChannelMask(mChannelConfig)
                .build(),
          mBufferSizeInBytes,
          AudioTrack.MODE_STREAM, AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE
        );
        maudioTrack.play();  这个模式需要先play
        File file = new File(mFileName); //原始pcm文件
        final FileInputStream fileInputStream;
        if (file.exists()){
            fileInputStream = new FileInputStream(file);
            new Thread(){
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        byte[] buffer = new byte[mBufferSizeInBytes];
                        while(fileInputStream.available() > 0){
                            int readCount = fileInputStream.read(buffer); //一次次的读取
                            //检测错误就跳过
                            if (readCount == AudioTrack.ERROR_INVALID_OPERATION|| readCount == AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE){
                                continue;
                            }
                            if (readCount != -1 && readCount != 0){
//可以在这个位置用play()
                                //输出音频数据
                                maudioTrack.write(buffer,0,readCount); //一次次的write输出播放
                            }
                        }
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    Log.i("TAG","STREAM模式播放完成");
                }
            }.start();
        }
    }

 

3.使用MODE_STATIC模式播放 audiorecordtest.pcm

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//pcm数据的大小
    byte[] databyte;
// static模式，需要将音频数据一次性write到AudioTrack的内部缓冲区
    private void playPCM_STATIC() {
        if (maudioTrack != null){
            maudioTrack.stop();
            maudioTrack.release();
            maudioTrack = null;
        }
        new AsyncTask(){
            @Override
            protected Void doInBackground(Void... voids) {
                try {
                    InputStream in = new FileInputStream(new File(mFileName));
                    ByteArrayOutputStream out = new ByteArrayOutputStream();
                    int b;
                    while((b = in.read()) != -1){
                        out.write(b);
                    }
                    //得到数据大小
                    databyte = out.toByteArray();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                return null;
            }

            @Override
            protected void onPostExecute(Void aVoid) {
                //创建AudioTrack.MODE_STATIC模式的AudioTrack
                maudioTrack = new AudioTrack(
                        new AudioAttributes.Builder()
                        .setUsage(AudioAttributes.USAGE_MEDIA)
                        .setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_MUSIC)
                        .build(),
                        new AudioFormat.Builder()
                        .setSampleRate(mSampleRateInHz)
                        .setEncoding(mAudioFormat)
                        .setChannelMask(mChannelConfig)
                        .build(),
                        databyte.length,
                        AudioTrack.MODE_STATIC,AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE
                );
                //将数据 databyte 一次性写入AudioTrack,之后才能play
                maudioTrack.write(databyte,0,databyte.length);
                maudioTrack.play();
                Log.i("TAG","STATIC模式播放完成");
            }
        }.execute();
    }