Android音频焦点及混音策略
1.前言
1.1 音频焦点官方解读
两个或两个以上的 Android 应用可同时向同一输出流播放音频。系统会将所有音频流混合在一起。虽然这是一项出色的技术，但却会给用户带来很大的困扰。为了避免所有音乐应用同时播放，Android 引入了“音频焦点”的概念。 一次只能有一个应用获得音频焦点。
当您的应用需要输出音频时，它需要请求获得音频焦点，获得焦点后，就可以播放声音了。不过，在您获得音频焦点后，您可能无法将其一直持有到播放完成。其他应用可以请求焦点，从而占有您持有的音频焦点。如果发生这种情况，您的应用应暂停播放或降低音量，以便于用户听到新的音频源。
1.2 案例说明解读
1).如果手机上安装了两个音频播放器，当一个正在播放的时候，打开第二个播放歌曲，有没有发现第一个自动暂停了。
2).如果你在听音频的同时，又去打开了其它视频APP，你会发现音频APP暂停播放了。
3).如果你正在听音频或者看视频时，来电话了，那么音视频便会暂停。挂了电话后音乐又继续播放，视频则需要点击按钮播放，是不是很奇怪
4).当你收到消息，比如微信消息，并且有消息声音的时候，那么听音频的那一瞬间，音频的声音会变小了，然后过会儿又恢复了。是不是很有意思。
别蒙圈，这个就叫做音频捕获和丢弃焦点。
1.3为什么要处理音频焦点问题
如果不处理捕获与丢弃音频焦点的话，那么同时开几个音视频播放器，就会出现多个声音；
这是一种不好的体验。如下图：
图1
图2
1.4 Vehicle为什么要混音呢？
Vehicle混音场景使用较频繁，常用的场景如下：
- 媒体播放(音乐 + 收音 + 视频) + 导航场景
- 媒体播放(音乐 + 收音 + 视频) + 语音提示
-
2. APP规范化
2.1 遵守音频焦点准则
行为恰当的音频应用应根据以下一般准则来管理音频焦点：
- 在即将开始播放之前调用 requestAudioFocus()，并验证调用是否返回 AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED。如果按照本指南中的说明设计应用，则应在媒体会话的 onPlay() 回调中调用 requestAudioFocus()。
- 在其他应用获得音频焦点时，停止或暂停播放，或降低音量。
- 播放停止后，放弃音频焦点。
运行的 Android 版本不同，音频焦点的处理方式也会不同：
- 从Android 2.2（API 级别 8）开始，应用通过调用 requestAudioFocus() 和 abandonAudioFocus() 来管理音频焦点。应用还必须为这两个调用注册 AudioManager.OnAudioFocusChangeListener，以便接收回调并管理自己的音量。
- 对于以 Android 5.0（API 级别 21）及更高版本为目标平台的应用，音频应用应使用 AudioAttributes 来描述应用正在播放的音频类型。例如，播放语音的应用应指定 CONTENT_TYPE_SPEECH。
- 面向 Android 8.0（API 级别 26）或更高版本的应用应使用 requestAudioFocus() 方法，该方法会接受 AudioFocusRequest 参数。AudioFocusRequest 包含有关应用的音频上下文和功能的信息。系统使用这些信息来自动管理音频焦点的得到和失去。
2.2 请求音频焦点
获取音频焦点的第一个步骤是先向系统发出申请焦点的消息。注意这只是发出请求，并非直接获取。为了申请到音频聚焦，您必须向系统描述好您的意图。介绍四个常见音频焦点类型：
- AUDIOFOCUS_GAIN的使用场景：应用需要聚焦音频的时长会根据用户的使用时长改变，属于不确定期限。例如：多媒体播放或者播客等应用。
- AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_MAY_DUCK的使用场景：应用只需短暂的音频聚焦，来播放一些提示类语音消息，或录制一段语音。例如：闹铃，导航等应用。
- AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT的使用场景：应用只需短暂的音频聚焦，但包含了不同响应情况，例如：电话、QQ、微信等通话应用。
- AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_EXCLUSIVE 的使用场景：同样您的应用只是需要短暂的音频聚焦。未知时长，但不允许被其它应用截取音频焦点。例如：录音软件。
在音频焦点成功获取后，该方法会返回AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED常量，否则，会返回AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED常量。
音频焦点处理逻辑：
- 在service的oncreate方法中调用初始化方法
- 在播放音频的时候开始请求捕获音频焦点
- 在音频销毁的时候开始丢弃音频焦点
1). Android O之前版本，需要用到 AudioFocusRequest，只需实现 AudioManager.OnAudioFocusChangeListener 接口。代码如下：
AudioManager mAudioManager = (AudioManager) mContext.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
int focusRequest = mAudioManager.requestAudioFocus(
..., // Need to implement listener
AudioManager.STREAM_MUSIC,
AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN);
switch (focusRequest) {
case AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED:
//请求焦点失败-->不允许播放
case AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED:
//请求焦点成功->开始播放
}2). Android O以及更新的版本上 必须使用 builder 来实例化一个 AudioFocusRequest 类。（在 builder 中必须指明请求的音频焦点类型），接口代码如下：
audioManager = (AudioManager) Context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
playbackAttributes = new AudioAttributes.Builder()
.setUsage(AudioAttributes.USAGE_GAME)
.setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_MUSIC)
.build();
focusRequest = new AudioFocusRequest.Builder(AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN)
.setAudioAttributes(playbackAttributes)
.setAcceptsDelayedFocusGain(true)
.setOnAudioFocusChangeListener(afChangeListener, handler)
.build();
mediaPlayer = new MediaPlayer();
final Object focusLock = new Object();
boolean playbackDelayed = false;
boolean playbackNowAuthorized = false;
// ...
int res = audioManager.requestAudioFocus(focusRequest);
synchronized(focusLock) {
if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED) {
//请求焦点失败-->不允许播放
} else if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED) {
//请求焦点成功->开始播放
} else if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_DELAYED) {
//延时焦点
}
}
// ...延时焦点-场景案例：
假如当用户在通话中打开游戏，他们想玩游戏，不想听到游戏声音。但是当他们通话结束的时候他们想听到游戏声音（通话应用暂时持有音频焦点）。如果您的应用支持延迟音频聚焦，会发生如下情况：
- 当您的应用申请音频焦点的时候，会被拒绝并锁住，通话应用继续持有音频焦点，您的应用因此不播放音频。因为您的应用是游戏，可以正常继续操作，只是没有声音。
- 当通话结束，您的应用会被授权延迟音频聚焦。这个授权是来自刚才申请音频聚焦被拒绝后锁住的那个请求，它只是被延迟一段时间后再授权给您。您可以像上文建议应对音频焦点得失的处理方式那样处理，在本例中，此时便可以开始恢复播放。 目前低于 Android O 的版本是不支持延迟音频聚焦这个功能的，所以本用例在其它版本下，应用并不会延迟获得音频焦点。
2.3 响应音频焦点的状态改变
一旦获得音频聚焦，您的应用要马上做出响应，因为它的状态可能在任何时间发生改变（丢失或重新获取），您可以实现 OnAudioFocusChangeListener 的来响应状态改变。
以下代码展示了 OnAudioFocusChangeListener 接口的实现，它处理了与 Google Assistant 应用协同工作的时候，音频焦点的各种状态的变化。
状态说明：
- AUDIOFOCUS_GAIN：重新获取音频焦点。
- AUDIOFOCUS_LOSS：永久性失去音频焦点，则其他应用会播放音频。您的应用应立即暂停播放，清理资源；因为它不会收到 AUDIOFOCUS_GAIN 回调。
- AUDIOFOCUS_ LOSS_TRANSIENT：暂时失去音频焦点，但是很快就会重新获得，在此状态应该暂停所有音频播放，但是不能清除资源，
- AUDIOFOCUS_ LOSS_TRANSIENT _CAN_DUCK：暂时失去音频焦点，应用应该降低音量（如果您不依赖于自动降低音量），允许持续播放音频(以很小的声音)，不需要完全停止播放。
//焦点状态改变
@Override
public void onAudioFocusChange(int focusChange) {
int volume;
switch (focusChange) {
// 重新获得焦点
//如果通话结束，恢复播放；获取音量并且恢复音量。这个情景应该经常遇到
case AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN:
if (!willPlay() && isPausedByFocusLossTransient) {
// 通话结束，恢复播放
mPlayService.playPause();
}
//获取音量
volume = mAudioManager.getStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC);
if (mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck > 0 && volume ==
mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck / 2) {
// 恢复音量
mAudioManager.setStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC,
mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck, AudioManager.FLAG_REMOVE_SOUND_AND_VIBRATE);
}
isPausedByFocusLossTransient = false;
mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck = 0;
break;
// 永久丢失焦点，如被其他播放器抢占，释放焦点
// 必须停止所有的audio播放，清理资源
case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS:
if (willPlay()) {
forceStop();
}
break;
// 短暂丢失焦点，比如来了电话或者微信视频音频聊天等等
// 但是很快就会重新获得，在此状态应该暂停所有音频播放，但是不能清除资源
case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT:
if (willPlay()) {
forceStop();
isPausedByFocusLossTransient = true;
}
break;
// 瞬间丢失焦点，如通知，导航
// 暂时失去 audio focus，但是允许持续播放音频(以很小的声音)，不需要完全停止播放。
case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT_CAN_DUCK:
// 音量减小为一半
volume = mAudioManager.getStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC);
if (willPlay() && volume > 0) {
mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck = volume;
mAudioManager.setStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC,
mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck / 2,
AudioManager.FLAG_REMOVE_SOUND_AND_VIBRATE);
}
break;
default:
break;
}失去焦点的三种类型：
- 失去短暂焦点 (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT)
- 失去永久焦点 (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS)
- Ducking (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT_CAN_DUCK)
场景：
- 当永久丢失焦点，比如同时打开播放器，则停止或者暂停播放，否则出现两个声音
- 当短暂丢失焦点，比如比如来了电话或者微信视频音频聊天等等，则暂停或者停止播放
- 当瞬间丢失焦点，比如手机来了通知/导航。前提是你的通知是震动或者声音时，会短暂地将媒体音量减小一半；当然你也可以减小三分之一。
重新获得焦点场景：
- 当重新获得焦点的时候，如果通话结束，恢复播放；获取音量并且恢复音量。这个情景应该经常遇到。
2.4 释放音频焦点
播放完音频，记得使用 AudioManager.abandonAudioFocus(...) 来释放掉音频焦点。在前面的步骤中，我们遇到了一个应用暂停播放应该释放音频焦点的情况，但是这个应用依旧保留了音频焦点。
// Abandon audio focus when playback complete
audioManager.abandonAudioFocus(afChangeListener);- 如果要释放的client是在栈顶，则释放之后，让下一个栈顶的client获得了音频焦点。
- 如果要释放的client不是在栈顶，则只是移除这个记录，不需要更改当前音频焦点的占有情况。
2.5 APP音频焦点规范化后的效果：如下图
3. 混音策略
3.1 系统软件混音
通过上述音频焦点AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_MAY_DUCK模式实现混音操作，或者在修改系统框架层，处理导航输出，压低媒体声音实现混音效果。
3.2 硬件混音
参考框架图：
如上硬件框架，软件设计如下：
- NAV + Media混音时候，FM声道Mute，同时压低Media音量。
- NAV + FM混音时候，Media声道Mute，同时压低FM音量。
4. 异常情况处理
4.1 导航APP未按音频焦点规范，系统如何处理？//主要涉及系统软件混音
处理方案如下：
- 软件混音：系统Framework层将第三方导航的声音绑定到STREAM_ALARM通道， 系统媒体声音绑定到STREAM_MUSIC通道，通过设置不同通道的音量来实现混音效果。
- 如何获取当前使用的APP包名？
方法：ActivityThread.currentPackageName();//获取该Class在哪个package调用
//AudioAttributes 参考修改
Public AudioAttributes build(){
...
String mCurName = ActivityThread.currentPackageName();
if(mCurName != null && mCurName .equals(“com.android.nav”))
{
//重置媒体ContentType
mContentType = AudioManager.STREAM_ALARM；
//重置mUsage 类型
mUsage = USAGE_ALARM；
}
...
}- 检测到是第三方导航请求音频焦点，那么通知媒体减低音量
4.2 第三方媒体播放器未按音频焦点规范，系统如何处理？
- 系统层强制切换焦点，将第三方APP焦点移除堆栈(或者清空堆栈)，将新请求的焦 点移到栈顶，重新请求焦点。
4.3 未经过SOC处理的收音机FM/AM音频焦点及混音如何处理？
- 通过Native控制FM/AM的源切换
- 通过硬件混音实现
- 软件混音，通过Native控制driver压低FM/AM音量
音频焦点涉及相关代码路径：
frameworks/base/media/java/android/media/AudioFocusRequest.java
frameworks/base/media/java/android/media/AudioAttributes.java
frameworks/base/media/java/android/media/AudioManager.java
frameworks/base/media/java/android/media/AudioSystem.java
frameworks/base/media/java/android/media/AudioFocusInfo.java
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/AudioService.java
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/FocusRequest.java
frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/MediaFocusControl.java