Android java层音频相关的分析与理解（五）音频通路的切换



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Android支持多种设备的的输出。一台正常的机子，本身就自带话筒，扬声器，麦克风等多个声音输入输出设备，再加上五花八门的外置设备（通过耳机，蓝牙，wifi等方式连接），使声音的输出更具多样性。Android支持如此多的设备连接，那么android内部是怎样对设备的输出输出进行控制的呢？这一次我们主要来看看音频通路的切换。

音频流、设备、音频策略

要想知道Andorid是怎样对设备的输出输出进行控制的，我们首先来了解一些音频相关的基本知识： stream_type、content_type、devices、routing_strategy。
stream_type:音频流的类型。在当前系统中，Android(6.0)一共定义了11种stream_type以供开发者使用。Android上层开发要想要发出声音，都必须先确定当前当前的音频类型。
content_type:具体输出类型。虽然当前一共有11种stream_type,但一旦进入到Attribute，Android就只将其整理成几种类型。这才是实际的类型。
device:音频输入输出设备。Android定义了多种设备输入输出设备（具体物理设备可能还是那几个，但是输出场景不尽相同）。
routing_strategy:音频路由策略。默认情况下，Android是根据路由策略去选择设备负责输出输入音频的。

stream_type在android中java层与c++层均有定义。并且对应的值是保持一致的。

device与stream_type一样，在java层和C++层均有定义，并且会根据使用的情况不同蕴含多个定义：

相对stream_type，routing_strategy只是一个定义在RountingStrategy.h的一个简单的枚举结构体：

usecase只是qcom内部定义的一个数据结构，位于hal层，用作处理处理内部声卡逻辑和输出方案。输出方案与声卡中的mixer_path_xxx.xml相联。而mixer_path等相关文件，才是具体的音频输出方案。

我们通过查看当前的声卡情况确定了当前具体的mixer_path文件——mixer_path_skue.xml。xml文件内部就是我们预定义的usecase的具体情况：

在mixer_path类文件中，一个标准的path就如上面的红框那样。有名字，有一定的参数。另外，一个patch之中，还可以嵌套另外一个patch。

由于usecase只是目前高通hal层独有的定义，所以本文不会花太多时间和精力去探讨usecase的相关设置和内容。目前来说，对这个有一定的认知就可。

AudioPolicy和AudioPolicyService

在了解完Audio一些基本的定义设定之后，我们来看一下Android的Audio整体架构。
Audio内部系统从上到下包含各方面的东西。对于声音输出的设备的选择与切换，我们主要需要关注2个地方。第一处，是外接设备如耳机，蓝牙设备等连接的通知。第二处就是Audio系统中核心的AudioFinger与AudioPolicyService的处理内容。
AudioFinger是Audio系统的工作引擎，管理者系统中输入输出音频流，并承担音频数据混音，以及读写Audio硬件等工作以实现数据的输入输出功能。AudioPolicyService是Audio系统策略控制中心，具体负责掌管系统中声音设备的选择和切换，音量控制等功能。
AudioFinger与AudioPolicyService的类图关系：



在AudioFlinger和AudioPolicyService的运作中其实包含着很多类，但同时，我们也可以发现，在Audio系统中， AudioFinger与AudioPolicyService是紧密相连的。总得来说，AudioFinger与AudioPolicyService是Audio系统的核心。所以下面我们很多内容的主角，都是他们2个。
基本的声音输出调用
发出声音是Android机器的一个最基本的功能。但是，Android是怎么发出声音的呢？就算不连接外设，Android最基本还有听筒和扬声器2个设备。那么，Android内部，是怎么控制他们2个发出声音的呢？下面我们来具体看 一下Android一般情况下发出声音时选择设备的过程。
我们要想分析Android中的声音输出，当然是先通过播放音频去一步一步了解Android是怎恶魔输出声音的。下面我们以一个最简单的AudioTrack播放音频为例，来看下Android的发生过程。
一个简单的AudioTrack播放的例子如下：

[java] view plain copy

1. AudioTrack audioTrack = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 11025/2,   
2.                                 AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO,   
3.                                 AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT,  
4.                                 audioLength, AudioTrack.MODE_STREAM);  
5. audioTrack.play();  
6. audioTrack.write(audioData, 0, sizeInBytes);  

AudioTrack在接收参数创建的时候，就会将设置的steamtype保存在对应的AudioAttributes当中（AudioAttributes是一个描述关于音频流的信息的属性集合的类）。
 

我们知道，在android系统中，系统封装的对象是一层一层往下调用的。所以，在我们创建了一个java的AudioTrack对象的时候，其实在同时，在C++当中，我们已经做了很多操作了。下面我们来看一下，AudioTrack对象创建时，主要做了什么：

[java] view plain copy

1. static jint  
2. android_media_AudioTrack_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this,  
3.         jobject jaa,  
4.         jint sampleRateInHertz, jint channelPositionMask, jint channelIndexMask,  
5.         jint audioFormat, jint buffSizeInBytes, jint memoryMode, jintArray jSession) {  
6.   
7.     //……  
8.     // create the native AudioTrack object  
9.     sp<AudioTrack> lpTrack = new AudioTrack();  
10.   
11.     //……  
12.     // initialize the native AudioTrack object  
13.     status_t status = NO_ERROR;  
14.     switch (memoryMode) {  
15.     case MODE_STREAM:  
16.   
17.         status = lpTrack->set(  
18.                 AUDIO_STREAM_DEFAULT,  
19.                 sampleRateInHertz,  
20.                 format,  
21.                 nativeChannelMask,  
22.                 frameCount,  
23.                 AUDIO_OUTPUT_FLAG_NONE,  
24.                 audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),  
25.                 0,  
26.                 0,  
27.                 true,  
28.                 sessionId,  
29.                 AudioTrack::TRANSFER_SYNC,  
30.                 NULL,                           
31.                 -1, -1,                         
32.                 paa);  
33.         break;  
34.     //……  
35.     if (status != NO_ERROR) {  
36.         ALOGE("Error %d initializing AudioTrack", status);  
37.         goto native_init_failure;  
38.     }  
39.     // save our newly created C++ AudioTrack in the "nativeTrackInJavaObj" field  
40.     // of the Java object (in mNativeTrackInJavaObj)  
41.     setAudioTrack(env, thiz, lpTrack);  
42.    //……  
43.   
44. }  

从上面的代码可以看出，在创建java层的AudioTrack对象时，对应的jni也创建出一个C++的AudioTrack对象，并且传入了部分参数和调用了其方法。

接下来我们来看看C++的AudioTrack对象的构造方法：

[java] view plain copy

1. AudioTrack::AudioTrack()  
2.     : mStatus(NO_INIT),  
3.       mIsTimed(false),  
4.       mPreviousPriority(ANDROID_PRIORITY_NORMAL),  
5.       mPreviousSchedulingGroup(SP_DEFAULT),  
6.       mPausedPosition(0),  
7.       mSelectedDeviceId(AUDIO_PORT_HANDLE_NONE),  
8.       mPlaybackRateSet(false)  
9. {  
10.     mAttributes.content_type = AUDIO_CONTENT_TYPE_UNKNOWN;  
11.     mAttributes.usage = AUDIO_USAGE_UNKNOWN;  
12.     mAttributes.flags = 0x0;  
13.     strcpy(mAttributes.tags, "");  
14. }  

我们可以看到，AudioTrack的无参构造方法只是进行了一些参数的初始化，那么，具体是AudioTrack初始化是进行在哪里呢？

我们再回到上面，发现jni层在创建完AudioTrack对象后，根据memoryMode的不同而进行了不同的AudioTrack->set()操作，只是因为AudioTrack提供2种不同的输出方式（对内存的影响和要求不同）。我来看看看set中主要的操作：

[java] view plain copy

1. status_t AudioTrack::set(…){  
2.     //……  
3.     status_t status = createTrack_l();  
4.     if (status != NO_ERROR) {  
5.         if (mAudioTrackThread != 0) {  
6.             mAudioTrackThread->requestExit();   // see comment in AudioTrack.h  
7.             mAudioTrackThread->requestExitAndWait();  
8.             mAudioTrackThread.clear();  
9.         }  
10.         return status;  
11.    //……  
12.     }  

在AudioTrack的set()中，除了部分的参数判断和设置之外，我们可以看到，他调用了自身的createTrack_l()进行了进一步的设置。

[java] view plain copy

1. status_t AudioTrack::createTrack_l()  
2. {  
3.     const sp<IAudioFlinger>& audioFlinger = AudioSystem::get_audio_flinger();  
4.     if (audioFlinger == 0) {  
5.         ALOGE("Could not get audioflinger");  
6.         return NO_INIT;  
7.     }  
8.   
9.     audio_io_handle_t output;  
10.     audio_stream_type_t streamType = mStreamType;  
11.     audio_attributes_t *attr = (mStreamType == AUDIO_STREAM_DEFAULT) ? &mAttributes : NULL;  
12.     //……  
13.     audio_offload_info_t tOffloadInfo = AUDIO_INFO_INITIALIZER;  
14.     if (mPlaybackRateSet == true && mOffloadInfo == NULL && mFormat == AUDIO_FORMAT_PCM_16_BIT) {  
15.         mOffloadInfo = &tOffloadInfo;  
16.     }  
17.     status_t status = AudioSystem::getOutputForAttr(attr, &output,  
18.                                            (audio_session_t)mSessionId, &streamType, mClientUid,  
19.                                            mSampleRate, mFormat, mChannelMask,  
20.                                            mFlags, mSelectedDeviceId, mOffloadInfo);  
21.   
22.     //……  
23.     IAudioFlinger::track_flags_t trackFlags = IAudioFlinger::TRACK_DEFAULT;  
24.     //……  
25.     sp<IAudioTrack> track = audioFlinger->createTrack(streamType,  
26.                                                       mSampleRate,  
27.                                                       mFormat,  
28.                                                       mChannelMask,  
29.                                                       &temp,  
30.                                                       &trackFlags,  
31.                                                       mSharedBuffer,  
32.                                                       output,  
33.                                                       tid,  
34.                                                       &mSessionId,  
35.                                                       mClientUid,  
36.                                                       &status);  
37.    //……  

上面的代码可以看出，AudioTrack从这里开始，与AudioFlinger等进行大量的交互：获取句柄，获取输出，创建IAudioTrack指针对象等等。所以接下来，就是AudioFlinger的相关内容了。在这里，我们先简单总结下AudioTrack的创建过程：

根据AudioTrack的性质，Java层在创建完成AudioTrack对象直接调用play()和write()操作，那么其实从另一方面我们可以猜想，在Java层创建完成AudioTrack之后，系统已经设置好输出的设备等等操作，只等调用play()和write方法进行播放。所以为了验证我们的猜想，接下来针对AudioFlinger&AudioSystem的相关具体分析验证。

AudioFlinger&AudioPolicyService的控制过程

回到上面的内容，我们可以看到，AudioTrack在调用createTrack_l()的方法的时候，开始通过AudioSystem获取output。所以下面我们来看看AudioSystem的getOutputForAttr():

[java] view plain copy

1. status_t AudioSystem::getOutputForAttr()  
2. {  
3.     const sp<IAudioPolicyService>& aps = AudioSystem::get_audio_policy_service();  
4.     if (aps == 0) return NO_INIT;  
5.     return aps->getOutputForAttr(attr, output, session, stream, uid,  
6.                                  samplingRate, format, channelMask,  
7.                                  flags, selectedDeviceId, offloadInfo);  
8. }  

从上面我们可以看到，AudioSystem只是作为一个过渡，然后通过获取AudioPolicyService的句柄去getOutputForAttr()。我们继续跟踪AudioPolicyService的情况，会发现其实他只是在AudioPolicyService中也只是作为一个过渡，真正进行getOutputForAttr()的，在AudioPolicyManager之中。

[java] view plain copy

1. status_t AudioPolicyManager::getOutputForAttr()  
2. {  
3.     //……  
4.     *stream = streamTypefromAttributesInt(&attributes);  
5.     sp<DeviceDescriptor> deviceDesc;  
6.     for (size_t i = 0; i < mAvailableOutputDevices.size(); i++) {  
7.         if (mAvailableOutputDevices[i]->getId() == selectedDeviceId) {  
8.             deviceDesc = mAvailableOutputDevices[i];  
9.             break;  
10.         }  
11.     }  
12.     mOutputRoutes.addRoute(session, *stream, SessionRoute::SOURCE_TYPE_NA, deviceDesc, uid);  
13.       
14.     //根据strategy获取device  
15.     routing_strategy strategy = (routing_strategy) getStrategyForAttr(&attributes);  
16.     audio_devices_t device = getDeviceForStrategy(strategy, false /*fromCache*/);  
17.   
18.     if ((attributes.flags & AUDIO_FLAG_HW_AV_SYNC) != 0) {  
19.         flags = (audio_output_flags_t)(flags | AUDIO_OUTPUT_FLAG_HW_AV_SYNC);  
20.     }  
21.   
22.     *output = getOutputForDevice(device, session, *stream,  
23.                                  samplingRate, format, channelMask,  
24.                                  flags, offloadInfo);  
25.     //……  

在AudioPolicyManager的getOutputForAttr()中，我们可以发现关键点在strategy的获取与device的获取当中。而在这当中，关键的参数恰恰是在先前从java层一步一步封装的过来的attributes。我们先来简单看一下attributes这个参数的数据结构：
 

从audio_attributes_t的结构我们可以看出，audio_attributes_t保存着需要输出音频的应用的相关配置信息。

然后，根据刚刚的代码，我们来了解一下strategy的获取：

[java] view plain copy

1. uint32_t AudioPolicyManager::getStrategyForAttr(const audio_attributes_t *attr) {  
2.     // flags to strategy mapping  
3.     if ((attr->flags & AUDIO_FLAG_BEACON) == AUDIO_FLAG_BEACON) {  
4.         return (uint32_t) STRATEGY_TRANSMITTED_THROUGH_SPEAKER;  
5.     }  
6.     if ((attr->flags & AUDIO_FLAG_AUDIBILITY_ENFORCED) == AUDIO_FLAG_AUDIBILITY_ENFORCED) {  
7.         return (uint32_t) STRATEGY_ENFORCED_AUDIBLE;  
8.     }  
9.     // usage to strategy mapping  
10.     return static_cast<uint32_t>(mEngine->getStrategyForUsage(attr->usage));  

虽然在这里，会先对flags参数进行比较，但是，在实际上flags大部分时候都是0。所以最后，都是根据“mEngine->getStrategyForUsage(attr->usage)”去选择StrategyForUsage。当然，再到下一步就到了就是switch和case的过程，这里就不继续展开了。

在获取到strategy之后，我们来看看Audio接着是怎么来确定device的。

先继续看AudioPolicyManager的getDeviceForStrategy():

[java] view plain copy

1. audio_devices_t AudioPolicyManager::getDeviceForStrategy(routing_strategy strategy,  
2.                                                          bool fromCache)  
3. {  
4.     // Routing  
5.     // see if we have an explicit route  
6.     // scan the whole RouteMap, for each entry, convert the stream type to a strategy  
7.     // (getStrategy(stream)).  
8.     // if the strategy from the stream type in the RouteMap is the same as the argument above,  
9.     // and activity count is non-zero  
10.     // the device = the device from the descriptor in the RouteMap, and exit.  
11.     for (size_t routeIndex = 0; routeIndex < mOutputRoutes.size(); routeIndex++) {  
12.         sp<SessionRoute> route = mOutputRoutes.valueAt(routeIndex);  
13.         routing_strategy strat = getStrategy(route->mStreamType);  
14.         bool strategyMatch = (strat == strategy) ||  
15.                              ((strategy == STRATEGY_ACCESSIBILITY) &&  
16.                               ((mEngine->getStrategyForUsage(  
17.                                       AUDIO_USAGE_ASSISTANCE_ACCESSIBILITY) == strat) ||  
18.                                (strat == STRATEGY_MEDIA)));  
19.         if (strategyMatch && route->isActive()) {  
20.             return route->mDeviceDescriptor->type();  
21.         }  
22.     }  
23.     if (fromCache) {  
24.         ALOGVV("getDeviceForStrategy() from cache strategy %d, device %x",  
25.               strategy, mDeviceForStrategy[strategy]);  
26.         return mDeviceForStrategy[strategy];  
27.     }  
28.     return mEngine->getDeviceForStrategy(strategy);  
29. }  

调用AudioPolicyManager的getDeviceForStrategy()的时候，一般会先查下一下当前的RouteMap，看看有没有匹配的情况的。但由于我们新申请一个output的时候，传入的参数是false，所以这个时候，是会直接通过mEngine去直接获取device。

而在mEngine中，getDeviceForStrategy()又是一堆的选择判断，然后返回设备：

[java] view plain copy

1. audio_devices_t Engine::getDeviceForStrategy(routing_strategy strategy) const  
2. {  
3.     const DeviceVector &availableOutputDevices = mApmObserver->getAvailableOutputDevices();  
4.     const DeviceVector &availableInputDevices = mApmObserver->getAvailableInputDevices();  
5.   
6.     const SwAudioOutputCollection &outputs = mApmObserver->getOutputs();  
7.   
8.     uint32_t device = AUDIO_DEVICE_NONE;  
9.     uint32_t availableOutputDevicesType = availableOutputDevices.types();  
10.   
11.     switch (strategy) {  
12.     //……  
13.     case STRATEGY_MEDIA: {  
14.         uint32_t device2 = AUDIO_DEVICE_NONE;  
15.   
16.         if (isInCall() && (device == AUDIO_DEVICE_NONE)) {  
17.             // when in call, get the device for Phone strategy  
18.             device = getDeviceForStrategy(STRATEGY_PHONE);  
19.             break;  
20.         }  
21.   
22.         if (strategy != STRATEGY_SONIFICATION) {  
23.             // no sonification on remote submix (e.g. WFD)  
24.             if (availableOutputDevices.getDevice(AUDIO_DEVICE_OUT_REMOTE_SUBMIX, String8("0")) != 0) {  
25.                 device2 = availableOutputDevices.types() & AUDIO_DEVICE_OUT_REMOTE_SUBMIX;  
26.             }  
27.         }  
28.         if (isInCall() && (strategy == STRATEGY_MEDIA)) {  
29.             device = getDeviceForStrategy(STRATEGY_PHONE);  
30.             break;  
31.         }  
32.         if ((device2 == AUDIO_DEVICE_NONE) &&  
33.                 (mForceUse[AUDIO_POLICY_FORCE_FOR_MEDIA] != AUDIO_POLICY_FORCE_NO_BT_A2DP) &&  
34.                 (outputs.getA2dpOutput() != 0)) {  
35.             device2 = availableOutputDevicesType & AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP;  
36.             if (device2 == AUDIO_DEVICE_NONE) {  
37.                 device2 = availableOutputDevicesType & AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP_HEADPHONES;  
38.             }  
39.            //……  
40.     ALOGVV("getDeviceForStrategy() strategy %d, device %x", strategy, device);  
41.     return device;  
42. }  

我们就其中一个strategty(STRATEGY_MEDIA)来具体看看Audio系统的选择输出设备:

1）  首先我们会获取当前存在的设备集合availableOutputDevices

2）  然后根据传入的strategty类型进行匹配选择

3）  在选择之前会先检测是否处于特殊情况下（如通话中）

4）  最后按照优先级匹配设备。

然后就这样，选择设备的流程就此结束。简单来说，选择设备的流程，主要是几个参数一步一步去确定然后最后确定合适的设备。具体选择设备的简单流程如图：

针对音频通路的切换，我们就简单聊到这里。谢谢。