Android7.1 Offload模式下的音频数据播放流程

在Android7.1 Offload模式下的音频数据抽取过程完成数据的抽取后，紧跟着会将数据交给AudioFlinger的track进行播放

对于offload的track，其在AudioFlinger中使用的播放线程并非是MixerThread(这种线程是在audioserver进程创建的时候就预先创建好了的)，而是实时创建的OffloadThread线程。

AudioFlinger.cpp (frameworks\av\services\audioflinger)

AudioFlinger::openOutput_l
	thread = new OffloadThread(this, outputStream, *output, devices, mSystemReady);

OffloadThread是Android音频输出的核心部分，所有Android的硬解码音频(例如：mp3等音频文件)都需要经过OffloadThread进行混音后再输出到音频设备。

OffloadThread->DirectOutputThread->PlaybackThread->ThreadBase->Thread

在PlaybackThread中，重写了Thread的threadLoop,onFirstRef等方法，因此在调用OffloadThread这些方法时，实际上就是调用了PlaybackThread的方法。

 

1. onFirstRef

在getOutput的时候，我们创建了一个OffloadThread对象，由于这个对象继承于Thread，因此在创建对象时，会调用它的onFirstRef函数。

void AudioFlinger::PlaybackThread::onFirstRef()
{
    run(mName, ANDROID_PRIORITY_URGENT_AUDIO);
}

在该方法内部，调用了run，即开始运行threadLoop。也就是说，其实在new OffloadThread的时候就已经开始启动PlaybackThread::threadLoop。

 

2. threadLoop

在分析threadLoop之前，我们先来了解PlaybackThread中的几种Audio操作。

在Threads.cpp内有几个threadLoop_xxx方法，这些方法就分别代表不同的Audio操作：

操作	方法	功能
standby	threadLoop_standby	待机
mix	threadLoop_mix	混音
write	threadLoop_write	音频输出
exit	threadLoop_exit	退出
drain	threadLoop_drain	只有offload用到，还不清楚作用
sleep	threadLoop_sleepTime	无音频需要处理，计算睡眠时间

 

另外还有几个非常重要的变量：

变量	取值	含义
tracksToRemove		需要被移除的Track，一旦所有的Track都被移除，则表明没有音频数据需要处理，那么线程会进入睡眠
sleepTime		睡眠时间
standbyTime		如果持续睡眠超出standbyTime，则会进入待机
mStandby		表明当前是否为待机状态
mActiveTracks		需要进行音频处理的Track，如果该Track已经播放完成或者被停止，则会被移入tracksToRemove
mMixerStatus	MIXER_IDLE	Mixer状态，no active tracks，表明不需要混音，而是进入睡眠
mMixerStatus	MIXER_TRACKS_ENABLED	Mixer状态，at least one active track, but no track has any data ready
mMixerStatus	MIXER_TRACKS_READY	Mixer状态，at least one active track, and at least one track has data，表明可以进行混音

 

 

 

threadLoop循环

threadLoop内有一个循环，PlaybackThread是与output（输出设备）相关的（在openOutput的时候才会新建OffloadThread），基本上都不会跑出循环之外。

bool AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop()
{
    while (!exitPending())  
    {
        ....
    }
 
}

OffloadThread创建

在进入处理循环之前，首先会设置standbyTime、sleepTime。如果目前没有音频需要处理，进入睡眠，如果持续的睡眠时间超出了standbyTime，则会进入待机。不过由于standbyTime设置为当前时间，因此第一次肯定会执行待机动作。执行了待机操作后，OffloadThread就会进入睡眠，等待被唤醒

bool AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop()
{
    //设置待机时间、睡眠时间
    standbyTime = systemTime();
    sleepTime = idleSleepTime;
 
    while (!exitPending())  
    {
        //创建OffloadThread时，mActiveTracks肯定是空的，并且当前时间会超出standbyTime
        if ((!mActiveTracks.size() && systemTime() > standbyTime) || isSuspended()) {
               if (shouldStandby_l()) {                                                    //创建OffloadThread时肯定会进入待机 
                       threadLoop_standby();                        
                       mStandby = true;                                                    }
               }
               if (!mActiveTracks.size() && mConfigEvents.isEmpty()) {
                   //然后OffloadThread会在这里睡眠等待,知道AudioTrack:: start发送广播唤醒
                      mWaitWorkCV.wait(mLock);
                   standbyTime = systemTime() + standbyDelay;
                   sleepTime = idleSleepTime;
               }
    ...
    }
}

OffloadThread处理音频

如上一篇所说，AudioTrack:: start被执行后，就会唤醒OffloadThread线程，接下来就会对音频数据进行处理。处理流程如下图：

 

 

正常的音频处理时，会在threadLoop循环内不断的进行混音与音频输出，其中分为三个步骤：

1. 混音前的准备工作，prepareTracks_l
2. 混音，threadLoop_mix
3. 音频输出，threadLoop_write

bool AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop()
{
    while (!exitPending())
    {
        mMixerStatus = prepareTracks_l(&tracksToRemove); 
 
        if(mMixerStatus == MIXER_TRACKS_READY)
            threadLoop_mix();
        }
 
        threadLoop_write();
    }
}

① prepareTracks_l

准备混音的过程中，主要的目的有三个：

1. 设置混音所需要的参数，包括：音量，混音的源buffer，混音目的buffer，音频格式，是否重采样等。    
2. 删除被加入tracksToRemove的track
3. 返回当前状态mMixerStatus

由于在mActiveTracks中维护的track可能会有多个，因此需要对每个track都执行上述步骤，我们可以依据上述目的来对prepareTrack_l进行分析。

Threads.cpp (frameworks\av\services\audioflinger)

AudioFlinger::OffloadThread::prepareTracks_l：
...
}  else if (track->framesReady() && track->isReady() &&
                !track->isPaused() && !track->isTerminated() && !track->isStopping_2()) {
                
mixerStatus = MIXER_TRACKS_READY;

track->framesReady()要特别留意，其会检查AudioTrack(客户端)是否已经将数据准备好，如果已经Ready了则会设置mixerStatus(混音器状态)为MIXER_TRACKS_READY

②threadLoop_mix

在prepareTrack_l返回了mMixerStatus = MIXER_TRACK_READY，那么就可以进入threadLoop_mix进行混音了。有了上面prepareTrack_l设置的参数，在threadLoop_mix所需要做的主要就是调用AudioMixer的process方法进行混音了。不过还需要对某些变量进行更新。

源码如下：

void AudioFlinger::DirectOutputThread::threadLoop_mix()
{
    size_t frameCount = mFrameCount;
    int8_t *curBuf = (int8_t *)mSinkBuffer;
    // output audio to hardware
    while (frameCount) {
        AudioBufferProvider::Buffer buffer;
        buffer.frameCount = frameCount;
        //通过共享内存的方式得到客户端传递过来的数据
        status_t status = mActiveTrack->getNextBuffer(&buffer);
        if (status != NO_ERROR || buffer.raw == NULL) {
            // no need to pad with 0 for compressed audio
            if (audio_has_proportional_frames(mFormat)) {
                memset(curBuf, 0, frameCount * mFrameSize);
            }
            break;
        }
        //将待播放的音频数据拷贝到mSinkBuffer上去
        memcpy(curBuf, buffer.raw, buffer.frameCount * mFrameSize);
        frameCount -= buffer.frameCount;
        curBuf += buffer.frameCount * mFrameSize;
        mActiveTrack->releaseBuffer(&buffer);
    }
    mCurrentWriteLength = curBuf - (int8_t *)mSinkBuffer;
    mSleepTimeUs = 0;
    mStandbyTimeNs = systemTime() + mStandbyDelayNs;
    mActiveTrack.clear();
}

③threadLoop_write

threadLoop_write用于混音后的音频输出

ssize_t AudioFlinger::PlaybackThread::threadLoop_write()
{
	...
	//网Hal中写入音频数据
	bytesWritten = mOutput->write((char *)mSinkBuffer + offset, mBytesRemaining);
	...
}

参考博客：
1. 混音线程MixerThread