android音频系统(6)：AudioService之音频输出通道切换
前言：音频输出的方式有很多种，外放即扬声器（Speaker）、听筒（Telephone Receiver）、有线耳机（WiredHeadset）、蓝牙音箱（Bluetooth A2DP）等，电话免提、插拔耳机、连接断开蓝牙设备等操作系统都会自动切换Audio音频到相应的输出设备上。
我们知道，音频输出通道切换有些是系统自动切换的，但是有些自动切换并不是我们想要的，如：音乐App在听歌时，需要对听歌时拔出耳机的操作进行阻止（暂停播放）而不是突然切换到外放，又如通话时插入耳机并按下免提，希望声音既可以从耳机输出，又可以从扬声器输出；
我们可以不用系统的自动切换，而自己设置音频输出通道的切换吗？
答案是可以的，即可以在应用层修改，也可以在Framework修改，今天讲的就是Framework层的修改，也就是修改AudioService；
1.先看下android中有哪些音频输出通道，常用的加了注释：
AudioSystem.java
public static final int FORCE_NONE = 0;//默认通道
public static final int FORCE_SPEAKER = 1;//扬声器通道
public static final int FORCE_HEADPHONES = 2;//耳机通道
//下面两个是蓝牙耳机通道
public static final int FORCE_BT_SCO = 3;//是一种双向的音频数据的传输链路,只能用于普通语音的传输,不能用于播放音乐
public static final int FORCE_BT_A2DP = 4;//是一种单向的高品质音频数据传输链路，通常用于播放立体声音乐
public static final int FORCE_WIRED_ACCESSORY = 5;//有线设备通道，如有线耳机
public static final int FORCE_BT_CAR_DOCK = 6;
public static final int FORCE_BT_DESK_DOCK = 7;
public static final int FORCE_ANALOG_DOCK = 8;
public static final int FORCE_DIGITAL_DOCK = 9;
public static final int FORCE_NO_BT_A2DP = 10;
public static final int FORCE_SYSTEM_ENFORCED = 11;
public static final int FORCE_HDMI_SYSTEM_AUDIO_ENFORCED = 12;
public static final int FORCE_ENCODED_SURROUND_NEVER = 13;
public static final int FORCE_ENCODED_SURROUND_ALWAYS = 14;
public static final int NUM_FORCE_CONFIG = 15;
public static final int FORCE_DEFAULT = FORCE_NONE;常用的也就是：扬声器，有线耳机，听筒，蓝牙耳机等；
2.播放模式
在使用音频输出通道时，需要指定播放模式：
AudioSystem.java
/* modes for setPhoneState, must match AudioSystem.h audio_mode */
public static final int MODE_INVALID = -2;
public static final int MODE_CURRENT = -1;
public static final int MODE_NORMAL = 0;//待机模式，既不是铃声模式也不是通话模式,如music
public static final int MODE_RINGTONE = 1;//铃声模式
public static final int MODE_IN_CALL = 2;//音频通话模式
public static final int MODE_IN_COMMUNICATION = 3;//通信模式，包括音/视频,VoIP通话.(3.0加入的，与通话模式类似)
public static final int NUM_MODES = 4;我们指定音频播放模式时，会通知HAL，我们当前音频所处于的状态，以便可以适当地传送音频。
3.流类型
设置播放模式的时候，需要考虑流类型，常用的流类型有：
/** Used to identify the default audio stream volume */
public static final int STREAM_DEFAULT = -1;
/** Used to identify the volume of audio streams for phone calls */
public static final int STREAM_VOICE_CALL = 0;
/** Used to identify the volume of audio streams for system sounds */
public static final int STREAM_SYSTEM = 1;
/** Used to identify the volume of audio streams for the phone ring and message alerts */
public static final int STREAM_RING = 2;
/** Used to identify the volume of audio streams for music playback */
public static final int STREAM_MUSIC = 3;
/** Used to identify the volume of audio streams for alarms */
public static final int STREAM_ALARM = 4;
/** Used to identify the volume of audio streams for notifications */
public static final int STREAM_NOTIFICATION = 5;
/** Used to identify the volume of audio streams for phone calls when connected on bluetooth */
public static final int STREAM_BLUETOOTH_SCO = 6;
/** Used to identify the volume of audio streams for enforced system sounds in certain
* countries (e.g camera in Japan) */
public static final int STREAM_SYSTEM_ENFORCED = 7;
/** Used to identify the volume of audio streams for DTMF tones */
public static final int STREAM_DTMF = 8;
/** Used to identify the volume of audio streams exclusively transmitted through the
* speaker (TTS) of the device */
public static final int STREAM_TTS = 9;
/** Used to identify the volume of audio streams for accessibility prompts */
public static final int STREAM_ACCESSIBILITY = 10;
/**
4.音频输出通道，播放模式和流类型的关系
音频通道是与播放模式一起用的，而播放模式与音频流类型有关系；
(1)音频通道是指声音从哪里出来，这个容易理解；
(2)播放模式，也叫音频状态，手机有4种音频状态：待机状态，音视频通话状态，视频/VoIP通话状态与响铃状态，这4种状态对底层的音频输出设备的选择影响很大，相应的情景下就得使用相应的模式，如视频情景的播放模式就是MODE_IN_COMMUNICATION，或者，播放音乐情景的播放模式就是MODE_NORMAL，什么样的情形就得用什么样的播放模式，不能搞混，比如MODE_IN_CALL，就只能由通话时才能使用；
(3)音频流类型，我们操作手机的音频时需要指定操作的是哪一个流，虽然手机的中音频流类型有很多，但是一旦进入到属性里，android就会将其整理成几种类型，这才是实际的类型，与上面的播放模式对应；
5.源码分析
上面介绍了音频输出通道，播放模式和流类型，接下来就从源码framework层的角度来分析了；
AudioManager.java
public void setMode(int mode) {
final IAudioService service = getService();
try {
//调用AudioService的setMode()方法
service.setMode(mode, mICallBack, mApplicationContext.getOpPackageName());
} catch (RemoteException e) {
throw e.rethrowFromSystemServer();
}
}AudioService.java
public void (int mode, IBinder cb, String callingPackage) {
//应用设置音频模式,需要android.Manifest.permission.MODIFY_AUDIO_SETTINGS权限
if (!checkAudioSettingsPermission("setMode()")) {
return;
}
//如果要使用的音频模式是MODE_IN_CALL,那得有android.Manifest.permission.MODIFY_PHONE_STATE权限；
//所以,除非是要通话,一般都很少用MODE_IN_CALL,语音视频等用的是MODE_IN_COMMUNICATION
if ( (mode == AudioSystem.MODE_IN_CALL) &&
(mContext.checkCallingOrSelfPermission(
android.Manifest.permission.MODIFY_PHONE_STATE)
!= PackageManager.PERMISSION_GRANTED)) {
return;
}
if (mode < AudioSystem.MODE_CURRENT || mode >= AudioSystem.NUM_MODES) {
return;
}
int newModeOwnerPid = 0;
synchronized(mSetModeDeathHandlers) {
if (mode == AudioSystem.MODE_CURRENT) {
mode = mMode;
}
//如果此次设置的音频播放模式和上一次的不同,那就返回这次使用新音频播放模式的进程的pid
newModeOwnerPid = mode, cb, Binder.getCallingPid(), callingPackage);
}
//如果进入了RINGTONE, IN_CALL 或者IN_COMMUNICATION模式,清除掉当前更改音频模式的应用进程的蓝牙SCO连接
if (newModeOwnerPid != 0) {
disconnectBluetoothSco(newModeOwnerPid);
}
}setMode()中的重点是setModeInt()方法，真正的逻辑都在这里：
AudioService.java
private int setModeInt(int mode, IBinder cb, int pid, String caller) {
int newModeOwnerPid = 0;
if (cb == null) {
return newModeOwnerPid;
}
SetModeDeathHandler hdlr = null;
Iterator iter = mSetModeDeathHandlers.iterator();
//循环遍历mSetModeDeathHandlers,找到与传递进来的相同pid的SetModeDeathHandler,并赋值给hdlr,
//相同的pid也就是相同的应用,即找到相同的应用
while (iter.hasNext()) {
SetModeDeathHandler h = (SetModeDeathHandler)iter.next();
if (h.getPid() == pid) {
hdlr = h;
// Remove from client list so that it is re-inserted at top of list
iter.remove();
hdlr.getBinder().unlinkToDeath(hdlr, 0);
break;
}
}
//下面就是设置新的音频播放模式
int status = AudioSystem.AUDIO_STATUS_OK;
//实际的播放模式
int actualMode;
do {
//初始化实际的播放模式,与传递进来的mode相同
actualMode = mode;
//如果设置的模式是正常的播放模式,那就从mSetModeDeathHandlers列表的顶端获取一个模式给actualMode,
//最近一次设置非正常音频模式的应用都会被放在mSetModeDeathHandlers的顶端
if (mode == AudioSystem.MODE_NORMAL) {
// get new mode from client at top the list if any
if (!mSetModeDeathHandlers.isEmpty()) {
hdlr = mSetModeDeathHandlers.get(0);
cb = hdlr.getBinder();
actualMode = hdlr.getMode();
}
} else {
//新建hdlr
if (hdlr == null) {
hdlr = new SetModeDeathHandler(cb, pid);
}
// Register for client death notification
try {
cb.linkToDeath(hdlr, 0);
} catch (RemoteException e) {
// Client has died!
}
//将hdlr加到mSetModeDeathHandlers中,并放到首位,也就是最后一个调用setMode()的进程位于列表的顶部
mSetModeDeathHandlers.add(0, hdlr);
//设置当前进程的音频播放模式,hdlr.setMode()会将mode设置给mMode,这个要注意,要不然很容易跟下面的"actualMode != mMode"混淆
hdlr.setMode(mode);
}
if (actualMode != mMode) {
//通过AudioSystem将当前的音频模式设置到底层去,status返回设置的结果
status = AudioSystem.setPhoneState(actualMode);
if (status == AudioSystem.AUDIO_STATUS_OK) {
if (DEBUG_MODE) { Log.v(TAG, " mode successfully set to " + actualMode); }
//如果设置成功,保存当前的音频播放模式
mMode = actualMode;
} else {
//如果设置不成功,从mSetModeDeathHandlers中删除该应用
if (hdlr != null) {
mSetModeDeathHandlers.remove(hdlr);
cb.unlinkToDeath(hdlr, 0);
}
mode = AudioSystem.MODE_NORMAL;
}
} else {
status = AudioSystem.AUDIO_STATUS_OK;
}
} while (status != AudioSystem.AUDIO_STATUS_OK && !mSetModeDeathHandlers.isEmpty());
if (status == AudioSystem.AUDIO_STATUS_OK) {
if (actualMode != AudioSystem.MODE_NORMAL) {
if (mSetModeDeathHandlers.isEmpty()) {
Log.e(TAG, "setMode() different from MODE_NORMAL with empty mode client stack");
} else {
//如果这个进程设置的音频模式为非正常模式,那就返回这个进程的pid
newModeOwnerPid = mSetModeDeathHandlers.get(0).getPid();
}
}
//下面的代码用来设置当前音频流类型的音量
int streamType = getActiveStreamType(AudioManager.USE_DEFAULT_STREAM_TYPE);
int device = getDeviceForStream(streamType);
int index = mStreamStates[mStreamVolumeAlias[streamType]].getIndex(device);
setStreamVolumeInt(mStreamVolumeAlias[streamType], index, device, true, caller);
updateStreamVolumeAlias(true /*updateVolumes*/, caller);
}
return newModeOwnerPid;
}
AudioService用mMode来保存当前的音频播放模式；
(2)设置音频音频输出管道
设置音频输出管道的方法有两个分别是setSpeakerphoneOn()和setBluetoothScoOn()，我们来就看下最常用的设置扬声器播放；
AudioManager.java
public void setSpeakerphoneOn(boolean on){
final IAudioService service = getService();
try {
//调用AudioService的setSpeakerphoneOn()
service.setSpeakerphoneOn(on);
} catch (RemoteException e) {
throw e.rethrowFromSystemServer();
}
进入到AudioService：
AudioService.java
public void setSpeakerphoneOn(boolean on){
//需要权限android.Manifest.permission.MODIFY_AUDIO_SETTINGS
if (!checkAudioSettingsPermission("setSpeakerphoneOn()")) {
return;
}
// for logging only
final String eventSource = new StringBuilder("setSpeakerphoneOn(").append(on)
.append(") from u/pid:").append(Binder.getCallingUid()).append("/")
.append(Binder.getCallingPid()).toString();
if (on) {
//开启扬声器
if (mForcedUseForComm == AudioSystem.FORCE_BT_SCO) {
sendMsg(mAudioHandler, MSG_SET_FORCE_USE, SENDMSG_QUEUE,
AudioSystem.FOR_RECORD, AudioSystem.FORCE_NONE,
eventSource, 0);
}
//进入扬声器播放的标志AudioSystem.FORCE_SPEAKER
mForcedUseForComm = AudioSystem.FORCE_SPEAKER;
} else if (mForcedUseForComm == AudioSystem.FORCE_SPEAKER){
//取消扬声器
mForcedUseForComm = AudioSystem.FORCE_NONE;
}
mForcedUseForCommExt = mForcedUseForComm;
//此时是语音模式AudioSystem.FOR_COMMUNICATION,mForcedUseForComm表示当前是哪种音频通道
sendMsg(mAudioHandler, MSG_SET_FORCE_USE, SENDMSG_QUEUE,
AudioSystem.FOR_COMMUNICATION, mForcedUseForComm, eventSource, 0);
}
private static void sendMsg(Handler handler, int msg,
int existingMsgPolicy, int arg1, int arg2, Object obj, int delay) {
//existingMsgPolicy是SENDMSG_QUEUE
if (existingMsgPolicy == SENDMSG_REPLACE) {
handler.removeMessages(msg);
} else if (existingMsgPolicy == SENDMSG_NOOP && handler.hasMessages(msg)) {
return;
}
synchronized (mLastDeviceConnectMsgTime) {
long time = SystemClock.uptimeMillis() + delay;
//传递进来的参数封装,交给mAudioHandler处理；
//arg1是AudioSystem.FOR_COMMUNICATION, arg2是mForcedUseForComm,
//obj是eventSource,eventSource就是调用扬声器的进程的信息
handler.sendMessageAtTime(handler.obtainMessage(msg, arg1, arg2, obj), time);
if (msg == MSG_SET_WIRED_DEVICE_CONNECTION_STATE ||
msg == MSG_SET_A2DP_SRC_CONNECTION_STATE ||
msg == MSG_SET_A2DP_SINK_CONNECTION_STATE) {
mLastDeviceConnectMsgTime = time;
}
}
}
进入到mAudioHandler，调用setForceUse(msg.arg1, msg.arg2, (String) msg.obj);
private void setForceUse(int usage, int config, String eventSource) {
synchronized (mConnectedDevices) {
setForceUseInt_SyncDevices(usage, config, eventSource);
}
}
private void setForceUseInt_SyncDevices(int usage, int config, String eventSource) {
if (usage == AudioSystem.FOR_MEDIA) {
sendMsg(mAudioHandler, MSG_REPORT_NEW_ROUTES,
SENDMSG_NOOP, 0, 0, null, 0);
}
mForceUseLogger.log(new ForceUseEvent(usage, config, eventSource));
//将语音模式AudioSystem.FOR_COMMUNICATION,音频通道mForcedUseForComm交给AudioSystem,
//AudioSystem会将其设置到HAL底层
AudioSystem.setForceUse(usage, config);
}可以看到，AudioService用mForcedUseForComm和mForcedUseForCommExt保存了当前的音频通道，AudioService在调用AudioSystem.setForceUse(usage, config)方法时，会将相应的音频播放模式和音频通道设置到底层，从这里可以就看出，为什么在调用setSpeakerphoneOn()时要结合setMode()一起使用了；
6.疑惑：
前面介绍中就说了android手机中有很多的音频输出通道，为啥AudioService只提供了setSpeakerphoneOn()和setBluetoothScoOn这两个手动切换音频输出通道的方法呢？
之所以AudioService只提供这两个方法，是因为有些切换是系统自动完成的，比如有线耳机，蓝牙耳机的插入和拔出等，这些音频外设的切换在应用层是无法处理的；
有线耳机和蓝牙耳机均属于音频外设，关于音频外设的内容，可以看下一个章节；
7.听筒，扬声器，有线耳机这三个输出设备的切换
(1)听筒通道
听筒模式一般只会在通话或者语音过程中才会用到，所以，要使用听筒模式，必须得指定播放模式为MODE_IN_CALL或者是MODE_IN_COMMUNICATION；
(2)扬声器通道
在不插入音频外设如耳机的情况下，手机中的输出设备只有听筒和扬声器，要想在听筒和扬声器中切换是比较容易的，无非就是setSpeakerphoneOn()方法调用以及指定播放模式为MODE_IN_CALL或者是MODE_IN_COMMUNICATION；
(3)有线耳机
耳机是音频外设，此时手机中的音频输出设备有3个，除了耳机还有听筒和扬声器；
那底层是怎样选择一个设备进行音频输出的呢？
这就和音频系统中的音频路由策略有关，底层在播放音频时会选择一个设备，这个逻辑跟设备的优先级有关，代码在AudoPolicyServcie中，有时间在剖析这个具体原理；
所以，当手机中的音频输出设备有耳机，听筒和扬声器时，会根据设备的优先级来进行选择；
从测试的结果来看，3个当中，耳机的优先级最高，其次是听筒；
8.总结：
手机的输出设备大体可以分为3类：听筒，扬声器和外设，AudioServcie只提供了手动切换扬声器和蓝牙sro的接口，其余的则由系统根据设备的优先级进行自动切换，听筒设备只能在通话模式或者通信模式下才能使用；
手机音频的播放模式也可以分为4类：待机状态，音视频通话状态，视频/VoIP通话状态与响铃状态，这几个状态会影响系统对音频输出设备的选择；
在AudioService中，无论是手动切换输出设备，还是设置音频的播放模式，都是通过AudioSystem将值设置到AudioFlinger和AudioPolicyManager中，再由AudioFlinger和AudioPolicyManager将其设置到底层中；