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:

Android Audio System 之二:AudioFlinger_第1张图片

                                                             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:

  •  
    • 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:

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  1. mHardwareOutput = mpClientInterface->openOutput(&outputDesc->mDevice,  
  2.                                     &outputDesc->mSamplingRate,  
  3.                                     &outputDesc->mFormat,  
  4.                                     &outputDesc->mChannels,  
  5.                                     &outputDesc->mLatency,  
  6.                                     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:

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  1. ......  
  2. thread = new  MixerThread( this , output, ++mNextThreadId);  
  3. ......  
  4. mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);  
  5. ......  
  6. 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:

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  1. track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,  
  2.                 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。

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  1. track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,  
  2.                 channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);  
  3. ......  
  4. 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。

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  1. trackHandle =  new  TrackHandle(track);  
  2. ......  
  3. 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。

Android Audio System 之二:AudioFlinger_第2张图片

                                          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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  1. int  AudioFlinger::openDuplicateOutput( int  output1,  int  output2)  
  2. {  
  3.     Mutex::Autolock _l(mLock);  
  4.     MixerThread *thread1 = checkMixerThread_l(output1);  
  5.     MixerThread *thread2 = checkMixerThread_l(output2);  
  6.     ......  
  7.     DuplicatingThread *thread = new  DuplicatingThread( this , thread1, ++mNextThreadId);  
  8.     thread->addOutputTrack(thread2);  
  9.     mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);  
  10.     return  mNextThreadId;  
  11. }  

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。

Android Audio System 之二:AudioFlinger_第3张图片

                                                                           图三  本机播放时的Thread和Track

Android Audio System 之二:AudioFlinger_第4张图片

                                                                        图四   蓝牙播放时的Thread和Track

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