Android AudioFlinger

AudioFlinger是Android音频系统的两大服务之一,另一个服务是AudioPolicyService,这两大服务都在系统启动时有MediaSever加载,加载的代码位于:frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp。

本文主要介绍AudioFlinger,AudioFlinger向下访问AudioHardware,实现输出音频数据,控制音频参数。同时,AudioFlinger向上通过IAudioFinger接口提供服务。所以,AudioFlinger在Android的音频系统框架中起着承上启下的作用,地位相当重要。AudioFlinger的相关代码主要在:frameworks/base/libs/audioflinger,也有部分相关的代码在frameworks/base/media/libmedia里。

AudioFlinger的类结构

下面的图示描述了AudioFlinger类的内部结构和关系:

Android AudioFlinger_第1张图片

  • IAudioFlinger接口

    这是AudioFlinger向外提供服务的接口,例如openOutput,openInput,createTrack,openRecord等等,应用程序或者其他service通过ServiceManager可以获得该接口。该接口通过继承BnAudioFlinger得到。

  • ThreadBase

    在AudioFlinger中,Android为每一个放音/录音设备均创建一个处理线程,负责音频数据的I/O和合成,ThreadBase是这些线程的基类,所有的播放和录音线程都派生自ThreadBase

  • TrackBase

    应用程序每创建一个音轨(AudioTrack/AudioRecord),在AudioFlinger中都会创建一个对应的Track实例,TrackBase就是这些Track的基类,他的派生类有:

  •  
    • PlaybackTread::Track    // 用于普通播放,对应于应用层的AudioTrack
    • PlaybackThread::OutputTrack    // 用于多重设备输出,当蓝牙播放开启时使用
    • RecordThread::RecordTrack    // 用于录音,对应于应用层的AudioRecord
  • 播放

    默认的播放线程是MixerThread,它由AudioPolicyManager创建,在AudioPolicyManager的构造函数中,有以下代码:

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

最终会进入AudioFlinger的openOut函数:

......
thread = new MixerThread(this, output, ++mNextThreadId);
......
mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);
......
return mNextThreadId;

可以看到,创建好的线程会把该线程和它的Id保存在AudioFlinger的成员变量mPlaybackThreads中,mPlaybackThreads是一个Vector,AudioFlinger创建的线程都会保存在里面,最后,openOutput返回该线程的Id,该Id也就是所谓的audio_io_handle_t,AudioFlinger的调用者这能看到这个audio_io_handle_t,当需要访问时传入该audio_io_handle_t,AudioFlinger会通过mPlaybackThreads,得到该线程的指针。

    要播放声音,应用程序首先要通过IAudioFlinger接口,调用createTrack(),createTrack会调用PlaybackThread类的createTrack_l函数:

track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,
                channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);

再跟入createTrack_l函数中,可以看到创建了PlaybackThread::Track类,然后加入播放线程的track列表mTracks中。

track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,
                channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);
......
mTracks.add(track);

在createTrack的最后,创建了TrackHandle类并返回,TrackHandle继承了IAudioTrack接口,以后,createTrack的调用者可以通过IAudioTrack接口与AudioFlinger中对应的Track实例交互。

trackHandle = new TrackHandle(track);
......
return trackHandle;

 最后,在系统运行时,AudioFlinger中的线程和Track的结构大致如下图所示:它会拥有多个工作线程,每个线程拥有多个Track。

Android AudioFlinger_第2张图片

播放线程实际上是MixerThread的一个实例,MixerThread的threadLoop()中,会把该线程中的各个Track进行混合,必要时还要进行ReSample(重采样)的动作,转换为统一的采样率(44.1K),然后通过音频系统的AudioHardware层输出音频数据。

  • 录音

     录音的流程和放音差不多,只不过数据流动的方向相反,录音线程变成RecordThread,Track变成了RecordTrack,openRecord返回RecordHandle,详细的暂且不表。

  • DuplicatingThread

    AudioFlinger中有一个特殊的线程类:DuplicatingThread,从图一可以知道,它是MixerThread的子类。当系统中有两个设备要同时输出时,DuplicatingThread将被创建,通过IAudioFlinger的openDuplicateOutput方法创建DuplicatingThread。

int AudioFlinger::openDuplicateOutput(int output1, int output2)
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    MixerThread *thread1 = checkMixerThread_l(output1);
    MixerThread *thread2 = checkMixerThread_l(output2);
    ......
    DuplicatingThread *thread = new DuplicatingThread(this, thread1, ++mNextThreadId);
    thread->addOutputTrack(thread2);
    mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);
    return mNextThreadId;
}

创建 DuplicatingThread时,传入2个需要同时输出的目标线程Id,openDuplicateOutput先从mPlaybackThreads中根据Id取得相应输出线程的实例,然后为每个线程创建一个虚拟的AudioTrack----OutputTrack,然后把这个虚拟的AudioTrack加入到目标线程的mTracks列表中,DuplicatingThread在它的threadLoop()中,把Mixer好的数据同时写入两个虚拟的OutputTrack中,因为这两个OutputTrack已经加入到目标线程的mTracks列表,所以,两个目标线程会同时输出DuplicatingThread的声音。

    实际上,创建DuplicatingThread的工作是有AudioPolicyService中的AudioPolicyManager里发起的。主要是当蓝牙耳机和本机输出都开启时,AudioPolicyManager会做出以下动作:

  • 首先打开(或创建)蓝牙输出线程A2dpOutput
  • 以HardwareOutput和A2dpOutput作为参数,调用openDuplicateOutput,创建DuplicatingThread
  • 把属于STRATEGY_MEDIA类型的Track移到A2dpOutput中
  • 把属于STRATEGY_DTMF类型的Track移到A2dpOutput中
  • 把属于STRATEGY_SONIFICATION类型的Track移到DuplicateOutput中

结果是,音乐和DTMF只会在蓝牙耳机中输出,而按键音和铃声等提示音会同时在本机和蓝牙耳机中输出。

本机播放时的Thread和Track:

Android AudioFlinger_第3张图片

 蓝牙播放时的Thread和Track:

Android AudioFlinger_第4张图片

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