AudioTrack与AudioFlinger交换音频数据

Android Framework的音频子系统中,每一个音频流对应着一个AudioTrack类的一个实例,每个AudioTrack会在创建时注册到 AudioFlinger中,由AudioFlinger把所有的AudioTrack进行混合(Mixer),然后输送到AudioHardware中进行播放,目前Android的Froyo版本设定了同时最多可以创建32个音频流,也就是说,Mixer最多会同时处理32个AudioTrack的数据流。

       如何使用AudioTrack
       AudioTrack的主要代码位于 frameworks/base/media/libmedia/audiotrack.cpp中。现在先通过一个例子来了解一下如何使用 AudioTrack,ToneGenerator是android中产生电话拨号音和其他音调波形的一个实现,我们就以它为例子:

       ToneGenerator的初始化函数:
           bool ToneGenerator::initAudioTrack()
            {
    // Open audio track in mono, PCM 16bit, default sampling rate, default buffer size
    mpAudioTrack = new AudioTrack();
    mpAudioTrack->set (mStreamType,
    0,
    AudioSystem::PCM_16_BIT,
    AudioSystem::CHANNEL_OUT_MONO,
    0,
    0,
    audioCallback,
    this ,
    0,
    0,
    mThreadCanCallJava);
    if (mpAudioTrack->initCheck() != NO_ERROR) {
    LOGE("AudioTrack->initCheck failed" );
    goto initAudioTrack_exit;
    }
    mpAudioTrack->setVolume(mVolume, mVolume);
    mState = TONE_INIT;
    }
    
      可见,创建步骤很简单,先new一个AudioTrack的实例,然后调用set成员函数完成参数的设置并注册到AudioFlinger中,然后可以调用其他诸如设置音量等函数进一步设置音频参数。其中,一个重要的参数是audioCallback,audioCallback是一个回调函数,负责响应 AudioTrack的通知,例如填充数据、循环播放、播放位置触发等等。
      回调函数的写法通常像这样:
      
          void ToneGenerator::audioCallback(int event , void * user, void *info) {
    if (event != AudioTrack::EVENT_MORE_DATA) return ;
    AudioTrack::Buffer *buffer = static_cast<AudioTrack::Buffer *>(info);
    ToneGenerator *lpToneGen = static_cast<ToneGenerator *>(user);
    short *lpOut = buffer->i16;
    unsigned int lNumSmp = buffer->size/sizeof (short );
    const ToneDescriptor *lpToneDesc = lpToneGen->mpToneDesc;
    if (buffer->size == 0) return ;
    // Clear output buffer: WaveGenerator accumulates into lpOut buffer
    memset(lpOut, 0, buffer->size);

    // 以下是产生音调数据的代码,略....
    }
    
    
        enum event_type {
    EVENT_MORE_DATA = 0, // Request to write more data to PCM buffer.
    EVENT_UNDERRUN = 1, // PCM buffer underrun occured.
    EVENT_LOOP_END = 2, // Sample loop end was reached; playback restarted from loop start if loop count was not 0.
    EVENT_MARKER = 3, // Playback head is at the specified marker position (See setMarkerPosition()).
    EVENT_NEW_POS = 4, // Playback head is at a new position (See setPositionUpdatePeriod()).
    EVENT_BUFFER_END = 5 // Playback head is at the end of the buffer.
    };
    
   关于开始播放和停止播放 ,只要简单的调用start() ,stop()即可mpAudioTrack->start();
   
      通常,AudioTrack和AudioFlinger并不在同一个进程中,它们通过android中的binder机制建立联系。
        AudioFlinger是android中的一个service,在android启动时就已经被加载。

        我们可以这样理解:
        audio_track_cblk_t实现了一个环形FIFO;
        AudioTrack是FIFO的数据生产者;
        AudioFlinger是FIFO的数据消费者。

        建立联系的过程
        解释一下过程:
        Framework或者Java层通过JNI,new AudioTrack();
        根据StreamType等参数,通过一系列的调用getOutput();
        如有必要,AudioFlinger根据StreamType打开不同硬件设备;
        AudioFlinger为该输出设备创建混音线程: MixerThread(),并把该线程的id作为getOutput()的返回值返回给

        AudioTrack;
        AudioTrack通过binder机制调用AudioFlinger的createTrack();
        AudioFlinger注册该AudioTrack到MixerThread中;
        AudioFlinger创建一个用于控制的TrackHandle,并以IAudioTrack这一接口作为createTrack()的返回值;
        AudioTrack通过IAudioTrack接口,得到在AudioFlinger中创建的FIFO(audio_track_cblk_t);
        AudioTrack创建自己的监控线程:AudioTrackThread;

        自此,AudioTrack建立了和AudioFlinger的全部联系工作,接下来,AudioTrack可以:
        通过IAudioTrack接口控制该音轨的状态,例如start,stop,pause等等;
        通过对FIFO的写入,实现连续的音频播放;
        监控线程监控事件的发生,并通过audioCallback回调函数与用户程序进行交互;

        FIFO的管理
        audio_track_cblk_t
        audio_track_cblk_t这个结构是FIFO实现的关键,该结构是在createTrack的时候,由AudioFlinger申请相应的内存,然后通过IMemory接口返回AudioTrack的,这样AudioTrack和AudioFlinger管理着同一个 audio_track_cblk_t,通过它实现了环形FIFO,AudioTrack向FIFO中写入音频数据,AudioFlinger从FIFO 中读取音频数据,经Mixer后送给AudioHardware进行播放。

       audio_track_cblk_t的主要数据成员:
       user             -- AudioTrack当前的写位置的偏移
       userBase     -- AudioTrack写偏移的基准位置,结合user的值方可确定真实的FIFO地址指针
       server          -- AudioFlinger当前的读位置的偏移
       serverBase  -- AudioFlinger读偏移的基准位置,结合server的值方可确定真实的FIFO地址指针
       frameCount -- FIFO的大小,以音频数据的帧为单位,16bit的音频每帧的大小是2字节
       buffers         -- 指向FIFO的起始地址
       out               -- 音频流的方向,对于AudioTrack,out=1,对于AudioRecord,out=0

       audio_track_cblk_t的主要成员函数:
       framesAvailable_l()和framesAvailable()用于获取FIFO中可写的空闲空间的大小,只是加锁和不加锁的区别。

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