android_audio_system框架

Audio system architecture

 

AudioTrack

每一种类型的audio stream播放都需要创建一个AudioTrack实例。在AudioTrack的构造函数中主要做2件事：
1， AudioSystem::getOutput()
通过AudioSystem控制流获取一个音频参数(sampleRate/format/channelMask)配置好的output。这个output在不同的模块中有不同的意义：
1.1 output在AudioTrack实例中是AudioFlinger服务中混音线程的ID号。
1.2 output在AudioPolicyManager实例中是AudioFlinger服务中混音线程的ID号。
1.3 output在audioflinger服务中是audio hal层的AudioStreamOut对象。


2， audioFlinger->createTrack()
AudioTrack实例把取到的output传给audioflinger，audioflinger从混音线程池里找到已经创建好的混音线程。
混音线程注意3点：
2.1 每个混音线程都有一个track池。每个tack对象播放一种类型的audio stream。或者说每一种类型的audio strea 对应一个track对象。
2.2 每个混音线程都会关联一个AudioStreamOut对象、MasterVolume和所有audio stream type的数组。
2.3 AudioStreamOut对象可以理解为：本地Codec、蓝牙等音频设备的软件抽象。


混音线程new 一个Track实例，然后添加到自己的track池里。
总结：
创建AudioTrack实例相应的会在AudioFlinger混音线程里创建一个Track实例。
创建AudioStreamOut对象相应的会在AudioFlinger服务中创建一个混音线程。

AudioPolicyService

AudioPolicyService主要完成以下任务
• JAVA应用层通过JNI，经由IAudioPolicyService接口，访问AudioPolicyService提供的服务 
• 输入输出设备的连接状态 
• 系统的音频策略（strategy）的切换 
• 音量/音频参数的设置 

AudioPolicyService的静态结构

 
进一步说明:
1. AudioPolicyService继承了IAudioPolicyService接口，这样AudioPolicyService就可以基于Android的Binder机制，向外部提供服务；
2. AudioPolicyService同时也继承了AudioPolicyClientInterface类，他有一个AudioPolicyInterface类的成员指针mpPolicyManager，实际上就是指向了AudioPolicyManager；
3. AudioPolicyManager类继承了AudioPolicyInterface类以便向AudioPolicyService提供服务，反过来同时还有一个AudioPolicyClientInterface指针，该指针在构造函数中被初始化，指向了AudioPolicyService，实际上，AudioPolicyService是通过成员指针mpPolicyManager访问AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager则通过AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）访问AudioPolicyService；
4. AudioPolicyService有一个内部线程类AudioCommandThread，顾名思义，所有的命令（音量控制，输入、输出的切换等）最终都会在该线程中排队执行；
AudioPolicyManager

AudioPolicyService的很大一部分管理工作都是在AudioPolicyManager中完成的。包括音量管理，音频策略（strategy）管理，输入输出设备管理。

输入输出设备管理

音频系统为音频设备定义了一个枚举：AudioSystem::audio_devices，例如：DEVICE_OUT_SPEAKER，DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE，DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP，DEVICE_IN_BUILTIN_MIC，DEVICE_IN_VOICE_CALL等等，每一个枚举值其实对应一个32bit整数的某一个位，所以这些值是可以进行位或操作的，例如我希望同时打开扬声器和耳机，那么可以这样：
newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE；
setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);
AudioPolicyManager中有两个成员变量：mAvailableOutputDevices和mAvailableInputDevices，他们记录了当前可用的输入和输出设备，当系统检测到耳机或者蓝牙已连接好时，会调用AudioPolicyManager的成员函数:
status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device,                                                  AudioSystem::device_connection_state state, const char *device_address)
该函数根据传入的device值和state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）设置mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然后选择相应的输入或者输出设备。
其他一些相关的函数：
• setForceUse()  设置某种场合强制使用某一设备，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)会在播放音乐时打开扬声器 
• startOutput()/stopOutput() 

• startInput()/stopInput()

音量管理

AudioPolicyManager提供了一下几个与音量相关的函数：
• initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, int indexMin, int indexMax) 
• setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index) 
• getStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream) 
AudioService.java中定义了每一种音频流的最大音量级别：
    private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {
        5,  // STREAM_VOICE_CALL
        7,  // STREAM_SYSTEM
        7,  // STREAM_RING
        15, // STREAM_MUSIC
        7,  // STREAM_ALARM
        7,  // STREAM_NOTIFICATION
        15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
        7,  // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
        15, // STREAM_DTMF
        15  // STREAM_TTS
    };
由此可见，电话铃声可以有7个级别的音量，而音乐则可以有15个音量级别，java的代码通过jni，最后调用AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把这个数组的内容传入AudioPolicyManager中，这样AudioPolicyManager也就记住了每一个音频流的音量级别。应用程序可以调用setStreamVolumeIndex设置各个音频流的音量级别，setStreamVolumeIndex会把这个整数的音量级别转化为适合人耳的对数级别，然后通过AudioPolicyService的AudioCommandThread，最终会将设置应用到AudioFlinger的相应的Track中。

音频策略管理

我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之间的关系：
• AudioSystem::stream_type  音频流的类型，一共有10种类型 
• AudioSystem::audio_devices  音频输入输出设备，每一个bit代表一种设备，见前面的说明 

• AudioPolicyManager::routing_strategy 音频路由策略，可以有4种策略 

 

getStrategy(stream_type)根据stream type，返回对应的routing strategy值，getDeviceForStrategy()则是根据routing strategy，返回可用的device。Android把10种stream type归纳为4种路由策略，然后根据路由策略决定具体的输出设备。

成员变量mOutputs

KeyedVector mOutputs;   // list of output descriptors


这是AudioPolocyManager用管理输出的键值对向量（数组），通常AudioPolocyManager会打开3个输出句柄（audio_io_handle_t），它实际上就是AudioFlinger中某个PlaybackTread的ID。这3个句柄分别是：
• mHardwareOutput            // hardware output handler 
• mA2dpOutput                   // A2DP output handler 
• mDuplicatedOutput          // duplicated output handler: outputs to hardware and A2DP 
可以通过startOutput()把某一个stream type放入到相应的输出中。

AudioCommandThread

   这是AudioPolicyService中的一个线程，主要用于处理音频设置相关的命令。包括：
• START_TONE 
• STOP_TONE 
• SET_VOLUME 
• SET_PARAMETERS 
• SET_VOICE_VOLUME 
     每种命令的参数有相应的包装：
• class ToneData 
• class VolumeData 
• class ParametersData 
• class VoiceVolumeData 
    START_TONE/STOP_TONE：播放电话系统中常用的特殊音调，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。
    SET_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行音量设置
    SET_VOICE_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行电话音量设置
    SET_PARAMETERS：通过一个KeyValuePairs形式的字符串进行参数设置，KeyValuePairs的格式可以这样：
• "sampling_rate=44100" 
• "channels=2" 
• "sampling_rate=4a4100;channels=2"     // 组合形式 
这些KeyValuePairs可以通过AudioPolicyService的成员函数setParameters()传入。