Android的Audio 系统

Android的Audio 系统

第一部分 Audio系统综述

第二部分 Audio系统和上层接口

第三部分 Audio的硬件抽象层

第一部分 Audio系统综述

Audio系统在Android中负责音频方面的数据流传输和控制功能，也负责音频设备的管理。

Audio系统主要的分成几个层次：

1. media中库提供的Audio系统的上层接口

2. AudioFlinger作为Audio系统的中枢

3. Audio库的硬件抽象层提供底层的支持

4. Audio接口通过JNI和Java框架提供给上层

Audio系统的上层接口主要提供了两方面的功能：放音（Track）和录音（Recorder）。

  

 

Media库（libmedia.so）的Audio部分的目录中：

frameworks/base/include/media/

frameworks/base/media/libmedia/

这部分的内容被编译成库libmedia.so，提供Audio部分的接口。

Audio Flinger (libaudioflinger.so)：

frameworks/base/libs/audioflinger

这部分内容被编译成库libaudioflinger.so。

 

Audio的JNI部分：

frameworks/base/core/jni

Audio的JAVA部分：

frameworks/base/media/java/android/media

主要包含AudioManager和Audio系统的几个类。

Audio硬件抽象层的接口：

hardware/libhardware_legacy/include/hardware/

 

第二部分 Audio系统和上层接口

2.1 Audio系统的各个层次

2.2 media库中的Audio框架部分

2.3 AudioFlinger本地代码

2.4 Audio系统的JNI代码

2.5 Audio系统的Java代码

2.1 Audio系统的各个层次

Audio系统的结构：

 libmedia.so提供Audio接口，这些Audio接口既向上层开放，也向本地代码开发。

 libaudiofilnger.so提供Audio接口实现。

 Audio硬件抽象层提供到硬件的接口，供AudioFlinger 调用。

 Audio使用JNI和JAVA对上层提供接口。

 

2.2 media库中的Audio框架部分

Android 的Audio的核心框架在media库中提供，其中对上面主要实现AudioSystem、AudioTrack和AudioRecorder三个类。提供了IAudioFlinger类接口，在这个类中，可以获得IAudioTrack和IAudioRecorder两个接口，分别用于声音的播放和录制。AudioTrack和AudioRecorder分别通过调用IAudioTrack和IAudioRecorder来实现。

 

Audio系统的头文件

（路径为： frameworks/base/include/media/） :

AudioSystem.h

IAudioFlinger.h

AudioTrack.h

IAudioTrack.h

AudioRecorder.h

IAudioRecorder.h

Ixxx的接口通过AudioFlinger来实现，其他接口通过JNI向上层提供接口。

 

Audio系统的头文件在frameworks/base/include/media/目录中，主要的头文件如下：

AudioSystem.h：media库的Audio部分对上层的总管接口；

 IAudioFlinger.h：需要下层实现的总管接口；

 AudioTrack.h：放音部分对上接口；

 IAudioTrack.h：放音部分需要下层实现的接口；

 AudioRecorder.h：录音部分对上接口；

 IAudioRecorder.h：录音部分需要下层实现的接口。

IAudioFlinger.h、IAudioTrack.h和IAudioRecorder.h这三个接口通过下层的继承来实现（即AudioFlinger）。

AudioFlinger.h，AudioTrack.h和AudioRecorder.h是对上层提供的接口，它们既供本地程序调用（例如声音的播放器、录制器等），也可以通过JNI向Java层提供接口。

 

AudioTrack和AudioRecorder 都具有start，stop和pause等接口。前者具有write接口，用于声音的播放，后者具有read接口，用于声音的录制。AudioSystem用于Audio系统的控制工作，主要包含一些set和get接口，是一个对上层的类。

 

AudioSystem.h：

class AudioSystem

{

public:

enum stream_type { // Audio 流的类型

SYSTEM = 1,

RING = 2,

MUSIC = 3,

ALARM = 4,

NOTIFICATION = 5,

BLUETOOTH_SCO = 6,

ENFORCED_AUDIBLE = 7,

NUM_STREAM_TYPES

};

enum audio_output_type { // Audio数据输出类型

// …… 省略部分内容 };

enum audio_format { // Audio数据格式

FORMAT_DEFAULT = 0,

PCM_16_BIT,

PCM_8_BIT,

INVALID_FORMAT

};

enum audio_mode { // Audio模式

// …… 省略部分内容 };

enum audio_routes { // Audio 路径类型

ROUTE_EARPIECE = (1 << 0),

ROUTE_SPEAKER = (1 << 1),

ROUTE_BLUETOOTH_SCO = (1 << 2),

ROUTE_HEADSET = (1 << 3),

ROUTE_BLUETOOTH_A2DP = (1 << 4),

ROUTE_ALL = -1UL,

};

static status_t setMasterVolume(float value);

static status_t setMasterMute(bool mute);

static status_t getMasterVolume(float* volume);

static status_t getMasterMute(bool* mute);

static status_t setStreamVolume(int stream, float value);

static status_t setStreamMute(int stream, bool mute);

static status_t getStreamVolume(int stream, float* volume);

static status_t getStreamMute(int stream, bool* mute);

static status_t setMode(int mode);

static status_t getMode(int* mode);

static status_t setRouting(int mode, uint32_t routes, uint32_t mask);

static status_t getRouting(int mode, uint32_t* routes);

// …… 省略部分内容

};

 

2.3 AudioFlinger本地代码

Audio是AudioFlinger系统的中间层，其代码的路径为：

frameworks/base/libs/audioflinger

AudioFlinger的核心文件是AudioFlinger.h和AudioFlinger.cpp，提供了类AudioFlinger，这个类是一个IAudioFlinger的实现。

 

AudioFlinger的实现：

class AudioFlinger : public BnAudioFlinger, public IBinder::DeathRecipient

{

public: // …… 省略部分内容

virtual sp<IAudioTrack> createTrack( // 获得音频输出接口（ Track）

pid_t pid, int streamType,uint32_t sampleRate,

int format,int channelCount, int frameCount,

uint32_t flags, const sp<IMemory>& sharedBuffer,

status_t *status);

// …… 省略部分内容

virtual status_t setMasterVolume(float value);

virtual status_t setMasterMute(bool muted);

virtual status_t setStreamVolume(int stream, float value);

virtual status_t setStreamMute(int stream, bool muted);

virtual status_t setRouting(int mode, uint32_t routes, uint32_t mask);

virtual uint32_t getRouting(int mode) const;

virtual status_t setMode(int mode);

virtual int getMode() const;

virtual sp<IAudioRecord> openRecord( // 获得音频输出接口（Record）

pid_t pid,int streamType, uint32_t sampleRate,

int format, int channelCount,int frameCount,

uint32_t flags,status_t *status);

 

2.4 Audio系统的JNI代码

Audio的JNI部分的代码的路径为：

frameworks/base/core/jni

实现的几个文件为：

android_media_AudioSystem.cpp

android_media_AudioTrack.cpp

android_media_AudioRecord.cpp

主要提供三个类的支持：

android.media.AudioSystem

android.media.AudioTrack

android.media.AudioRecorder

 

2.5 Audio系统的JAVA代码

Audio的JAVA部分的代码的路径为：

frameworks/base/media/java/android/media

实现了以下的几个类：

android.media.AudioSystem

android.media.AudioTrack

android.media.AudioRecorder

android.media.AudioFormat

android.media.AudioManager

 

第三部分 Audio的硬件抽象层

Audio的硬件抽象层可以是AudioFlinger和Audio硬件的接口。可以基于Linux标准的Alsa或OSS实现，也可以基于私有的Audio驱动接口来实现。

Audio的硬件抽象层的代码路径为：

hardware/libhardware_legacy/include/hardware/

其中主要的文件为：

AudioHardwareBase.h

AudioHardwareInterface.h

在AudioHardwareInterface.h中定义了类：

AudioStreamOut

AudioStreamIn

AudioHardwareInterface

在AudioHardwareInterface.h中定义了类：

AudioHardwareBase，它继承AudioHardwareInterface，

这是实现Audio硬件抽象层的主要接口。

 

Audio的硬件抽象层AudioStreamOut和AudioStreamIn 接口：

class AudioStreamOut {

public:

virtual ~AudioStreamOut() = 0;

virtual status_t setVolume(float volume) = 0;

virtual ssize_t write(const void* buffer, size_t bytes) = 0;

/*... ... */

};

class AudioStreamIn {

public:

virtual ~AudioStreamIn() = 0;

virtual status_t setGain(float gain) = 0;

virtual ssize_t read(void* buffer, ssize_t bytes) = 0;

/*... ... */

};

 

Audio的硬件抽象层AudioHardwareInterface 类：

class AudioHardwareInterface

{

public:

virtual status_t initCheck() = 0;

virtual status_t setVoiceVolume(float volume) = 0;

virtual status_t setMasterVolume(float volume) = 0;

virtual status_t setRouting(int mode, uint32_t routes) = 0;

virtual status_t getRouting(int mode, uint32_t* routes) = 0;

virtual status_t setMode(int mode) = 0;

virtual status_t getMode(int* mode) = 0;

/*... ... */

virtual AudioStreamOut* openOutputStream(

int format=0,

int channelCount=0,

uint32_t sampleRate=0,

status_t *status=0) = 0;

virtual AudioStreamIn* openInputStream(

int format,

int channelCount,

uint32_t sampleRate,

status_t *status,

AudioSystem::audio_in_acoustics acoustics) = 0;

static AudioHardwareInterface* create();

};

 

在AudioFlinger的实现中，以下几个文件提供了Audio系统的通用实现：

 AudioHardwareGeneric.cpp

 AudioHardwareStub.cpp

 AudioDumpInterface.cpp

这些代码将编译成静态库libaudiointerface.so，这作为Audio系统的通用实现来完成。

 

实际的Audio硬件抽象层，通常可以基于Linux中的OSS驱动程序和ALSA驱动程序来实现。

基于OSS的硬件抽象层的实现类似AudioGeneric的实现，但是增加了控制接口。

基于ALSA的硬件抽象层的实现需要构建于用户空间的ALSA库上，目前在Android已经有了成熟的应用。