类AudioTrack的函数getMinFrameCount(java侧为getMinBufferSize)

以前看这个函数的时候，对min frame是如何计算得来的，并不是很了解。

今天又看了看，终于有点头绪了。

status_t AudioTrack::getMinFrameCount(
        int* frameCount,
        int streamType,
        uint32_t sampleRate)
{
    int afSampleRate;
    if (AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSampleRate, streamType) != NO_ERROR) {
        return NO_INIT;
    }
    int afFrameCount;
    if (AudioSystem::getOutputFrameCount(&afFrameCount, streamType) != NO_ERROR) {
        return NO_INIT;
    }
    uint32_t afLatency;
    if (AudioSystem::getOutputLatency(&afLatency, streamType) != NO_ERROR) {
        return NO_INIT;
    }

    // Ensure that buffer depth covers at least audio hardware latency
    uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 * afFrameCount) / afSampleRate);
    if (minBufCount < 2) minBufCount = 2;

    *frameCount = (sampleRate == 0) ? afFrameCount * minBufCount :
              afFrameCount * minBufCount * sampleRate / afSampleRate;
    return NO_ERROR;
}

先看看下面这一段代码：

    int afSampleRate;
    if (AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSampleRate, streamType) != NO_ERROR) {
        return NO_INIT;
    }

从字面意思上，也基本上可以看出来，是去获取output 设备的sampling rate的。
如何获取到的呢？
一步一步来吧。


函数AudioSystem::getOutputSamplingRate中会首先根据stream type获取对应的output，然后尝试获取output的描述。
若获取成功，取output描述的samplerate：

        *samplingRate = outputDesc->samplingRate;

否则，取AudioFlinger的sample rate：

        *samplingRate = af->sampleRate(output);

先看audio flinger的sample rate是如何取得的。


函数AudioFlinger::sampleRate中，找到output对应的thread，取对应thread的sample rate。


函数AudioFlinger::ThreadBase::sampleRate中直接返回了成员变量mSampleRate。


mSampleRate是在函数AudioFlinger::PlaybackThread::readOutputParameters中被赋值：

    mSampleRate = mOutput->sampleRate();

mOutput->sampleRate，真正调用的是AudioStreamOutALSA对象的函数。
函数定义在其父类ALSAStreamOps中：

uint32_t ALSAStreamOps::sampleRate() const
{
    return mHandle->sampleRate;
}

mHandle的赋值在ALSAStreamOps的构造函数中。使用的是构造函数参数handle。
AudioStreamOutALSA对象中函数AudioHardwareALSA::openOutputStream被创建：

            out = new AudioStreamOutALSA(this, &(*it));

其中it即为构造函数参数handle。
it的赋值：

ALSAHandleList::iterator it = mDeviceList.begin();

mDeviceList的赋值在AudioHardwareALSA的构造函数中：

            mALSADevice->init(mALSADevice, mDeviceList);

init函数其实就是s_init函数：

static status_t s_init(alsa_device_t *module, ALSAHandleList &list)
{
    LOGD("Initializing devices for IMX51 ALSA module");

    list.clear();

    for (size_t i = 0; i < ARRAY_SIZE(_defaults); i++) {

        _defaults[i].module = module;
        list.push_back(_defaults[i]);
    }

    return NO_ERROR;
}

_defaults的定义：

static alsa_handle_t _defaults[] = {
    {
        module      : 0,
        devices     : IMX51_OUT_DEFAULT,
        curDev      : 0,
        curMode     : 0,
        handle      : 0,
        format      : SND_PCM_FORMAT_S16_LE, // AudioSystem::PCM_16_BIT
        channels    : 2,
        sampleRate  : DEFAULT_SAMPLE_RATE,
        latency     : 200000, // Desired Delay in usec
        bufferSize  : 6144, // Desired Number of samples
        modPrivate  : (void *)&setDefaultControls,
    },
    {
        module      : 0,
        devices     : IMX51_IN_DEFAULT,
        curDev      : 0,
        curMode     : 0,
        handle      : 0,
        format      : SND_PCM_FORMAT_S16_LE, // AudioSystem::PCM_16_BIT
        channels    : 2,
        sampleRate  : DEFAULT_SAMPLE_RATE,
        latency     : 250000, // Desired Delay in usec
        bufferSize  : 6144, // Desired Number of samples
        modPrivate  : (void *)&setDefaultControls,
    },
};

sampleRate原来是在这儿指定的：

        sampleRate  : DEFAULT_SAMPLE_RATE,

DEFAULT_SAMPLE_RATE的定义为44100.


所以，afSampleRate的值其实就是44100.


回头看看，若是在函数AudioSystem::getOutputSamplingRate中找到了output的描述，情况又是怎样的呢？


output描述是在AudioPolicyManagerBase的构造函数中被创建。
其中，latency是通过调用函数mpClientInterface->openOutput取得：

    mHardwareOutput = mpClientInterface->openOutput(&outputDesc->mDevice,
                                    &outputDesc->mSamplingRate,
                                    &outputDesc->mFormat,
                                    &outputDesc->mChannels,
                                    &outputDesc->mLatency,
                                    outputDesc->mFlags);

其实就是调用了函数AudioFlinger::openOutput。
其中对SamplingRate的赋值：

        if (pSamplingRate) *pSamplingRate = samplingRate;

samplingRate的来历：

    AudioStreamOut *output = mAudioHardware->openOutputStream(*pDevices,
                                                             (int *)&format,
                                                             &channels,
                                                             &samplingRate,
                                                             &status);

函数AudioHardwareALSA::openOutputStream中对samplingRate的赋值：

            err = out->set(format, channels, sampleRate);

函数ALSAStreamOps::set中对sampleRate的处理：

    if (rate && *rate > 0) {
        if (mHandle->sampleRate != *rate)
            return BAD_VALUE;
    } else if (rate)
        *rate = mHandle->sampleRate;

与前面的那条河流汇合了。




FrameCount与sampleRate的流程类似，下面只说是其中不同的地方。
AudioFlinger::PlaybackThread::readOutputParameters函数中：

    mFrameSize = (uint16_t)mOutput->frameSize();
    mFrameCount = mOutput->bufferSize() / mFrameSize;

函数frameSize来自于类AudioStreamOut：

    /**
     * return the frame size (number of bytes per sample).
     */
    uint32_t    frameSize() const { return AudioSystem::popCount(channels())*((format()==AudioSystem::PCM_16_BIT)?sizeof(int16_t):sizeof(int8_t)); }

函数ALSAStreamOps::channels的实现：

uint32_t ALSAStreamOps::channels() const
{
    unsigned int count = mHandle->channels;
    uint32_t channels = 0;

    if (mHandle->curDev & AudioSystem::DEVICE_OUT_ALL)
        switch(count) {
            case 4:
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_OUT_BACK_LEFT;
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_OUT_BACK_RIGHT;
                // Fall through...
            default:
            case 2:
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_OUT_FRONT_RIGHT;
                // Fall through...
            case 1:
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_OUT_FRONT_LEFT;
                break;
        }
    else
        switch(count) {
            default:
            case 2:
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_IN_RIGHT;
                // Fall through...
            case 1:
                channels |= AudioSystem::CHANNEL_IN_LEFT;
                break;
        }

    return channels;
}

看看channels在_defaults中的定义：

        channels    : 2,

函数ALSAStreamOps::format实现：

int ALSAStreamOps::format() const
{
    int pcmFormatBitWidth;
    int audioSystemFormat;

    snd_pcm_format_t ALSAFormat = mHandle->format;

    pcmFormatBitWidth = snd_pcm_format_physical_width(ALSAFormat);
    switch(pcmFormatBitWidth) {
        case 8:
            audioSystemFormat = AudioSystem::PCM_8_BIT;
            break;

        default:
            LOG_FATAL("Unknown AudioSystem bit width %i!", pcmFormatBitWidth);

        case 16:
            audioSystemFormat = AudioSystem::PCM_16_BIT;
            break;
    }

    return audioSystemFormat;
}

看看format在_defaults中的定义：

        format      : SND_PCM_FORMAT_S16_LE, // AudioSystem::PCM_16_BIT

PCM_8_BIT与PCM_16_BIT的定义：

    // Audio sub formats (see AudioSystem::audio_format).
    enum pcm_sub_format {
        PCM_SUB_16_BIT          = 0x1, // must be 1 for backward compatibility
        PCM_SUB_8_BIT           = 0x2, // must be 2 for backward compatibility
    };

所以，

    mFrameSize = (uint16_t)mOutput->frameSize();

的结果其实就是4.

函数ALSAStreamOps::bufferSize的实现：

size_t ALSAStreamOps::bufferSize() const
{
    snd_pcm_uframes_t bufferSize = mHandle->bufferSize;
    snd_pcm_uframes_t periodSize;

	// 掉进了难缠的alsa lib，先不去看了。
    snd_pcm_get_params(mHandle->handle, &bufferSize, &periodSize);

    size_t bytes = static_cast<size_t>(snd_pcm_frames_to_bytes(mHandle->handle, bufferSize));

    // Not sure when this happened, but unfortunately it now
    // appears that the bufferSize must be reported as a
    // power of 2. This might be for OSS compatibility.
    for (size_t i = 1; (bytes & ~i) != 0; i<<=1)
        bytes &= ~i;

    return bytes;
}

看看bufferSize在_defaults中的定义：

        bufferSize  : 6144, // Desired Number of samples

所以，不考虑alsa lib，下面：

    mFrameCount = mOutput->bufferSize() / mFrameSize;

的运算结果为：6144 / 4 = 1536
即afFrameCount为1536.


关于latency的流程就不再看了。
在_defaults中，latency的定义为：

        latency     : 200000, // Desired Delay in usec

根据以下计算公式：

#define USEC_TO_MSEC(x) ((x + 999) / 1000)

可以算得，afLatency的结果其实就是200.


变量的值都知道了，所以minBufCount也就可以算出来了：

    // Ensure that buffer depth covers at least audio hardware latency
    uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 * afFrameCount) / afSampleRate);

minBufCount = 200 / （（1000×1536）/44100） = 5.


消化消化。
afFrameCount的意思是硬件buffer里能放多少frame，afFrameCount/afSampleRate的意思是，播放一次硬件buffer中的数据需要多少时间，算出来的单位是秒。
再乘以个1000，即将秒转为了毫秒。
这样就与afLatency的单位一致了。
这样算出来的结果，就是说，为了满足硬件延迟，软件侧的buffer大小只是要是硬件侧buffer大小的多少倍。


感觉还是没消化彻底。
什么是硬件延迟？为什么软件侧的buffer size需要这个倍数呢？
硬件延迟，就是说，硬件侧可能会延迟这么久，也就是说硬件可能有这么长的时间都没有从软件侧取数据。
而软件侧还在不停地写数据，为了保证软件侧的数据不被丢失，就需要软件侧的buffer足够大。
多大才是足够大呢？
就是在硬件允许的最大时间，不取数据的情况下，软件侧的buffer也不至于爆仓。
这样基本上消化彻底了。


frameCount的计算与传入参数sampleRate有关：

    *frameCount = (sampleRate == 0) ? afFrameCount * minBufCount :
              afFrameCount * minBufCount * sampleRate / afSampleRate;

如果sampleRate为0，frameCount为 7680.
如果sampleRate不为0，frameCount为7680×sampleRate/44100.


消化一下。
既然上面已经算出来了软件buffer 大小只是要是硬件的多少倍，而硬件buffer中包含的frame个数已经知道为afFrameCount，
算出软件buffer中包含多少frame也没什么困难了。
如果软件侧过来的数据与硬件侧的sampling rate未指定，或者与硬件侧的一样，软件侧的buffer能装的frame个数即为afFrameCount * minBufCount。
如果软件侧的sampling rate与硬件侧不一致，就拿上面的结果再乘以个sampleRate / afSampleRate即可。