音频播放AudioTrack之入门篇

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音频播放

音频播放声音分为MediaPlayer和AudioTrack两种方案的。MediaPlayer可以播放多种格式的声音文件，例如MP3，WAV，OGG，AAC，MIDI等。然而AudioTrack只能播放PCM数据流。当然两者之间还是有紧密的联系，MediaPlayer在播放音频时，在framework层还是会创建AudioTrack，把解码后的PCM数流传递给AudioTrack，最后由AudioFlinger进行混音，传递音频给硬件播放出来。利用AudioTrack播放只是跳过Mediaplayer的解码部分而已。

AudioTrack作用

AudioTrack是管理和播放单一音频资源的类。AudioTrack仅仅能播放已经解码的PCM流，用于PCM音频流的回放。

AudioTrack实现PCM音频播放

AudioTrack实现PCM音频播放五步走

配置基本参数
获取最小缓冲区大小
创建AudioTrack对象
获取PCM文件，转成DataInputStream
开启/停止播放

直接上代码再分析

import android.media.AudioFormat;
import android.media.AudioManager;
import android.media.AudioRecord;
import android.media.AudioTrack;import java.io.DataInputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;public class AudioTrackManager {private AudioTrack mAudioTrack;private DataInputStream mDis;//播放文件的数据流private Thread mRecordThread;private boolean isStart = false;private volatile static AudioTrackManager mInstance;//音频流类型private static final int mStreamType = AudioManager.STREAM_MUSIC;//指定采样率 （MediaRecoder 的采样率通常是8000Hz AAC的通常是44100Hz。 设置采样率为44100，目前为常用的采样率，官方文档表示这个值可以兼容所有的设置）private static final int mSampleRateInHz=44100 ;//指定捕获音频的声道数目。在AudioFormat类中指定用于此的常量private static final int mChannelConfig= AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO; //单声道//指定音频量化位数 ,在AudioFormaat类中指定了以下各种可能的常量。通常我们选择ENCODING_PCM_16BIT和ENCODING_PCM_8BIT PCM代表的是脉冲编码调制，它实际上是原始音频样本。//因此可以设置每个样本的分辨率为16位或者8位，16位将占用更多的空间和处理能力,表示的音频也更加接近真实。private static final int mAudioFormat=AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;//指定缓冲区大小。调用AudioRecord类的getMinBufferSize方法可以获得。private int mMinBufferSize;//STREAM的意思是由用户在应用程序通过write方式把数据一次一次得写到audiotrack中。这个和我们在socket中发送数据一样，// 应用层从某个地方获取数据，例如通过编解码得到PCM数据，然后write到audiotrack。private static int mMode = AudioTrack.MODE_STREAM;public AudioTrackManager() {initData();}private void initData(){//根据采样率，采样精度，单双声道来得到frame的大小。mMinBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(mSampleRateInHz,mChannelConfig, mAudioFormat);//计算最小缓冲区//注意，按照数字音频的知识，这个算出来的是一秒钟buffer的大小。//创建AudioTrackmAudioTrack = new AudioTrack(mStreamType, mSampleRateInHz,mChannelConfig,mAudioFormat,mMinBufferSize,mMode);}/*** 获取单例引用** @return*/public static AudioTrackManager getInstance() {if (mInstance == null) {synchronized (AudioTrackManager.class) {if (mInstance == null) {mInstance = new AudioTrackManager();}}}return mInstance;}/*** 销毁线程方法*/private void destroyThread() {try {isStart = false;if (null != mRecordThread && Thread.State.RUNNABLE == mRecordThread.getState()) {try {Thread.sleep(500);mRecordThread.interrupt();} catch (Exception e) {mRecordThread = null;}}mRecordThread = null;} catch (Exception e) {e.printStackTrace();} finally {mRecordThread = null;}}/*** 启动播放线程*/private void startThread() {destroyThread();isStart = true;if (mRecordThread == null) {mRecordThread = new Thread(recordRunnable);mRecordThread.start();}}/*** 播放线程*/Runnable recordRunnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {try {//设置线程的优先级android.os.Process.setThreadPriority(android.os.Process.THREAD_PRIORITY_URGENT_AUDIO);byte[] tempBuffer = new byte[mMinBufferSize];int readCount = 0;while (mDis.available() > 0) {readCount= mDis.read(tempBuffer);if (readCount == AudioTrack.ERROR_INVALID_OPERATION || readCount == AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE) {continue;}if (readCount != 0 && readCount != -1) {//一边播放一边写入语音数据//判断AudioTrack未初始化，停止播放的时候释放了，状态就为STATE_UNINITIALIZEDif(mAudioTrack.getState() == mAudioTrack.STATE_UNINITIALIZED){initData();}mAudioTrack.play();mAudioTrack.write(tempBuffer, 0, readCount);}}stopPlay();//播放完就停止播放} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}};/*** 播放文件* @param path* @throws Exception*/private void setPath(String path) throws Exception {File file = new File(path);mDis = new DataInputStream(new FileInputStream(file));}/*** 启动播放** @param path*/public void startPlay(String path) {try {
//            //AudioTrack未初始化
//            if(mAudioTrack.getState() == AudioTrack.STATE_UNINITIALIZED){
//                throw new RuntimeException("The AudioTrack is not uninitialized");
//            }//AudioRecord.getMinBufferSize的参数是否支持当前的硬件设备
//            else if (AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE == mMinBufferSize || AudioTrack.ERROR == mMinBufferSize) {
//                throw new RuntimeException("AudioTrack Unable to getMinBufferSize");
//            }else{setPath(path);startThread();
//            }} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}/*** 停止播放*/public void stopPlay() {try {destroyThread();//销毁线程if (mAudioTrack != null) {if (mAudioTrack.getState() == AudioRecord.STATE_INITIALIZED) {//初始化成功mAudioTrack.stop();//停止播放}if (mAudioTrack != null) {mAudioTrack.release();//释放audioTrack资源}}if (mDis != null) {mDis.close();//关闭数据输入流}} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}}

配置基本参数

StreamType音频流类型
最主要的几种STREAM
1. AudioManager.STREAM_MUSIC：用于音乐播放的音频流。
2. AudioManager.STREAM_SYSTEM：用于系统声音的音频流。
3. AudioManager.STREAM_RING：用于电话铃声的音频流。
4. AudioManager.STREAM_VOICE_CALL：用于电话通话的音频流。
5. AudioManager.STREAM_ALARM：用于警报的音频流。
6. AudioManager.STREAM_NOTIFICATION：用于通知的音频流。
7. AudioManager.STREAM_BLUETOOTH_SCO：用于连接到蓝牙电话时的手机音频流。
8. AudioManager.STREAM_SYSTEM_ENFORCED：在某些国家实施的系统声音的音频流。
9. AudioManager.STREAM_DTMF：DTMF音调的音频流。
10. AudioManager.STREAM_TTS：文本到语音转换（TTS）的音频流。
为什么分那么多种类型，其实原因很简单，比如你在听music的时候接到电话，这个时候music播放肯定会停止，此时你只能听到电话，如果你调节音量的话，这个调节肯定只对电话起作用。当电话打完了，再回到music，你肯定不用再调节音量了。
其实系统将这几种声音的数据分开管理，STREAM参数对AudioTrack来说，它的含义就是告诉系统，我现在想使用的是哪种类型的声音，这样系统就可以对应管理他们了。

MODE模式（static和stream两种）
- AudioTrack.MODE_STREAM
  
  STREAM的意思是由用户在应用程序通过write方式把数据一次一次得写到AudioTrack中。这个和我们在socket中发送数据一样，应用层从某个地方获取数据，例如通过编解码得到PCM数据，然后write到AudioTrack。这种方式的坏处就是总是在JAVA层和Native层交互，效率损失较大。
- AudioTrack.MODE_STATIC
  
  STATIC就是数据一次性交付给接收方。好处是简单高效，只需要进行一次操作就完成了数据的传递;缺点当然也很明显，对于数据量较大的音频回放，显然它是无法胜任的，因而通常只用于播放铃声、系统提醒等对内存小的操作
采样率：mSampleRateInHz

采样率（MediaRecoder 的采样率通常是8000Hz AAC的通常是44100Hz。设置采样率为44100，目前为常用的采样率，官方文档表示这个值可以兼容所有的设置）

通道数目：mChannelConfig

首先得出声道数，目前最多只支持双声道。为什么最多只支持双声道？看下面的源码

  static public int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) {int channelCount = 0;switch(channelConfig) {case AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO:case AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_MONO:channelCount = 1;break;case AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO:case AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO:channelCount = 2;break;default:if (!isMultichannelConfigSupported(channelConfig)) {loge("getMinBufferSize(): Invalid channel configuration.");return ERROR_BAD_VALUE;} else {channelCount = AudioFormat.channelCountFromOutChannelMask(channelConfig);}}.......｝

音频量化位数：mAudioFormat（只支持8bit和16bit两种。）

  if ((audioFormat !=AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT)&& (audioFormat !=AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT)) {returnAudioTrack.ERROR_BAD_VALUE;}

最小缓冲区大小

mMinBufferSize取决于采样率、声道数和采样深度三个属性,那么具体是如何计算的呢？我们看一下源码

static public int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) {....int size = native_get_min_buff_size(sampleRateInHz, channelCount, audioFormat);if (size <= 0) {loge("getMinBufferSize(): error querying hardware");return ERROR;}else {return size;}
}

看到源码缓冲区的大小的实现在nativen层中，接着看下native层代码实现：

rameworks/base/core/jni/android_media_AudioTrack.cppstatic jint android_media_AudioTrack_get_min_buff_size(JNIEnv*env,  jobject thiz,jint sampleRateInHertz,jint nbChannels, jint audioFormat) {int frameCount = 0;if(AudioTrack::getMinFrameCount(&frameCount, AUDIO_STREAM_DEFAULT,sampleRateInHertz) != NO_ERROR) {return -1;}return  frameCount * nbChannels * (audioFormat ==javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1);}

这里又调用了getMinFrameCount，这个函数用于确定至少需要多少Frame才能保证音频正常播放。那么Frame代表了什么意思呢？可以想象一下视频中帧的概念，它代表了某个时间点的一幅图像。这里的Frame也是类似的，它应该是指某个特定时间点时的音频数据量，所以android_media_AudioTrack_get_min_buff_size中最后采用的计算公式就是：

至少需要多少帧每帧数据量 = frameCount * nbChannels * (audioFormat ==javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1);
公式中frameCount就是需要的帧数，每一帧的数据量又等于：
Channel数每个Channel数据量= nbChannels * (audioFormat ==javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1)层层返回getMinBufferSize就得到了保障AudioTrack正常工作的最小缓冲区大小了。

创建AudioTrack对象

取到mMinBufferSize后，我们就可以创建一个AudioTrack对象了。它的构造函数原型是：

public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,int bufferSizeInBytes, int mode)
throws IllegalArgumentException {this(streamType, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat,bufferSizeInBytes, mode, AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE);
}

在源码中一层层往下看

public AudioTrack(AudioAttributes attributes, AudioFormat format, int bufferSizeInBytes,int mode, int sessionId)throws IllegalArgumentException {super(attributes, AudioPlaybackConfiguration.PLAYER_TYPE_JAM_AUDIOTRACK);.....// native initializationint initResult = native_setup(new WeakReference<AudioTrack>(this), mAttributes,sampleRate, mChannelMask, mChannelIndexMask, mAudioFormat,mNativeBufferSizeInBytes, mDataLoadMode, session, 0 /*nativeTrackInJavaObj*/);if (initResult != SUCCESS) {loge("Error code "+initResult+" when initializing AudioTrack.");return; // with mState == STATE_UNINITIALIZED}mSampleRate = sampleRate[0];mSessionId = session[0];if (mDataLoadMode == MODE_STATIC) {mState = STATE_NO_STATIC_DATA;} else {mState = STATE_INITIALIZED;}baseRegisterPlayer();
}

最终看到了又在native_setup方法中，在native中initialization，看看实现些什么了

/*frameworks/base/core/jni/android_media_AudioTrack.cpp*/static int  android_media_AudioTrack_native_setup(JNIEnv*env, jobject thiz, jobject weak_this,jint streamType, jintsampleRateInHertz, jint javaChannelMask,jint audioFormat, jintbuffSizeInBytes, jint memoryMode, jintArray jSession){   .....sp<AudioTrack>lpTrack = new AudioTrack();.....AudioTrackJniStorage* lpJniStorage =new AudioTrackJniStorage();

这里调用了native_setup来创建一个本地AudioTrack对象，创建一个Storage对象，从这个Storage猜测这可能是存储音频数据的地方，我们再进入了解这个Storage对象。

if (memoryMode== javaAudioTrackFields.MODE_STREAM) {lpTrack->set(...audioCallback, //回调函数&(lpJniStorage->mCallbackData),//回调数据0,0,//shared memtrue,// thread cancall JavasessionId);//audio session ID} else if (memoryMode ==javaAudioTrackFields.MODE_STATIC) {...lpTrack->set(... audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),0,      lpJniStorage->mMemBase,// shared memtrue,// thread cancall JavasessionId);//audio session ID}....// native_setup结束

调用set函数为AudioTrack设置这些属性——我们只保留两种内存模式(STATIC和STREAM)有差异的地方，入参中的倒数第三个是lpJniStorage->mMemBase，而STREAM类型时为null(0)。太深了，对于基础的知识先研究到这里吧

获取PCM文件，转成DataInputStream

根据存放PCM的路径获取到PCM文件

/*** 播放文件* @param path* @throws Exception*/
private void setPath(String path) throws Exception {File file = new File(path);mDis = new DataInputStream(new FileInputStream(file));
}

开启/停止播放

开始播放

  public void play()throws IllegalStateException {if (mState != STATE_INITIALIZED) {throw new IllegalStateException("play() called on uninitialized AudioTrack.");}//FIXME use lambda to pass startImpl to superclassfinal int delay = getStartDelayMs();if (delay == 0) {startImpl();} else {new Thread() {public void run() {try {Thread.sleep(delay);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}baseSetStartDelayMs(0);try {startImpl();} catch (IllegalStateException e) {// fail silently for a state exception when it is happening after// a delayed start, as the player state could have changed between the// call to start() and the execution of startImpl()}}}.start();}}

停止播放

停止播放音频数据，如果是STREAM模式，会等播放完最后写入buffer的数据才会停止。如果立即停止，要调用pause()方法，然后调用flush方法，会舍弃还没有播放的数据。

public void stop()throws IllegalStateException {if (mState != STATE_INITIALIZED) {throw new IllegalStateException("stop() called on uninitialized AudioTrack.");}// stop playingsynchronized(mPlayStateLock) {native_stop();baseStop();mPlayState = PLAYSTATE_STOPPED;mAvSyncHeader = null;mAvSyncBytesRemaining = 0;}
}

暂停播放

暂停播放，调用play()重新开始播放。
释放本地AudioTrack资源

AudioTrack.release()
返回当前的播放状态

AudioTrack.getPlayState()

注意: flush()只在模式为STREAM下可用。将音频数据刷进等待播放的队列，任何写入的数据如果没有提交的话，都会被舍弃，但是并不能保证所有用于数据的缓冲空间都可用于后续的写入。

总结

播放一个PCM文件，按照上面的五步走。
注意参数有配置，如量化位数是8BIT还是16BIT等。
想更加了解AudioTrack里的方法就动手写一个demo深入了解那些方法的用途。
能不能续播（还没有验证）

作者：安仔夏天勤奋
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来源：简书
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