Android Audio System 之二：AudioFlinger

引言
    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。AudioPolicyService的相关内容请参考另一编文章：《Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager 》

http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/18/5949280.aspx

    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：

                                                             图一   AudioFlinger的类结构

不知道各位是否和我一样，第一次看到AudioFlinger类的定义的时候都很郁闷--这个类实在是庞大和臃肿，可是当你理清他的关系以后，你会觉得相当合理。下面我们一一展开讨论。

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：

 
PlaybackThread::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：

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

view plaincopy to clipboardprint?
......  
thread = new MixerThread(this, output, ++mNextThreadId);  
......  
mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);  
......  
return mNextThreadId; 
......
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()，关于createTrack的流程，可以参看我的另一篇文章：

          http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/14/5941344.aspx

createTrack会调用PlaybackThread类的createTrack_l函数：

view plaincopy to clipboardprint?
track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,  
                channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus); 
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。

view plaincopy to clipboardprint?
track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,  
                channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);  
......  
mTracks.add(track); 
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。

view plaincopy to clipboardprint?
trackHandle = new TrackHandle(track);  
......  
return trackHandle; 
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。

                                          图二     AudioFlinger的线程结构

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。

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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;  
} 
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。

                                                                           图三  本机播放时的Thread和Track

                                                                        图四   蓝牙播放时的Thread和Track

 

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