Android音频开发(2):如何采集一帧音频
本文重点关注如何在Android平台上采集一帧音频数据。阅读本文之前,建议先读一下我的上一篇文章《Android音频开发(1):基础知识》,因为音频开发过程中,经常要涉及到这些基础知识,掌握了这些重要的概念后,开发过程中的很多参数和流程就会更加容易理解。
Android SDK 提供了两套音频采集的API,分别是:MediaRecorder 和 AudioRecord,前者是一个更加上层一点的API,它可以直接把手机麦克风录入的音频数据进行编码压缩(如AMR、MP3等)并存成文件,而后者则更接近底层,能够更加自由灵活地控制,可以得到原始的一帧帧PCM音频数据。
如果想简单地做一个录音机,录制成音频文件,则推荐使用 MediaRecorder,而如果需要对音频做进一步的算法处理、或者采用第三方的编码库进行压缩、以及网络传输等应用,则建议使用 AudioRecord,其实 MediaRecorder 底层也是调用了 AudioRecord 与 Android Framework 层的 AudioFlinger 进行交互的。
音频的开发,更广泛地应用不仅仅局限于本地录音,因此,我们需要重点掌握如何利用更加底层的 AudioRecord API 来采集音频数据(注意,使用它采集到的音频数据是原始的PCM格式,想压缩为mp3,aac等格式的话,还需要专门调用编码器进行编码)。
1. AudioRecord 的工作流程
首先,我们了解一下 AudioRecord 的工作流程:
(1) 配置参数,初始化内部的音频缓冲区
(2) 开始采集
(3) 需要一个线程,不断地从 AudioRecord 的缓冲区将音频数据“读”出来,注意,这个过程一定要及时,否则就会出现“overrun”的错误,该错误在音频开发中比较常见,意味着应用层没有及时地“取走”音频数据,导致内部的音频缓冲区溢出。
(4) 停止采集,释放资源
2. AudioRecord 的参数配置
上面是 AudioRecord 的构造函数,我们可以发现,它主要是靠构造函数来配置采集参数的,下面我们来一一解释这些参数的含义(建议对照着我的上一篇文章来理解):
(1) audioSource
该参数指的是音频采集的输入源,可选的值以常量的形式定义在 MediaRecorder.AudioSource 类中,常用的值包括:DEFAULT(默认),VOICE_RECOGNITION(用于语音识别,等同于DEFAULT),MIC(由手机麦克风输入),VOICE_COMMUNICATION(用于VoIP应用)等等。
(2) sampleRateInHz
采样率,注意,目前44100Hz是唯一可以保证兼容所有Android手机的采样率。
(3) channelConfig
通道数的配置,可选的值以常量的形式定义在 AudioFormat 类中,常用的是 CHANNEL_IN_MONO(单通道),CHANNEL_IN_STEREO(双通道)
(4) audioFormat
这个参数是用来配置“数据位宽”的,可选的值也是以常量的形式定义在 AudioFormat 类中,常用的是 ENCODING_PCM_16BIT(16bit),ENCODING_PCM_8BIT(8bit),注意,前者是可以保证兼容所有Android手机的。
(5) bufferSizeInBytes
这个是最难理解又最重要的一个参数,它配置的是 AudioRecord 内部的音频缓冲区的大小,该缓冲区的值不能低于一帧“音频帧”(Frame)的大小,而前一篇文章介绍过,一帧音频帧的大小计算如下:
int size = 采样率 x 位宽 x 采样时间 x 通道数
采样时间一般取 2.5ms~120ms 之间,由厂商或者具体的应用决定,我们其实可以推断,每一帧的采样时间取得越短,产生的延时就应该会越小,当然,碎片化的数据也就会越多。
在Android开发中,AudioRecord 类提供了一个帮助你确定这个 bufferSizeInBytes 的函数,原型如下:
int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat);
不同的厂商的底层实现是不一样的,但无外乎就是根据上面的计算公式得到一帧的大小,音频缓冲区的大小则必须是一帧大小的2~N倍,有兴趣的朋友可以继续深入源码探究探究。
实际开发中,强烈建议由该函数计算出需要传入的 bufferSizeInBytes,而不是自己手动计算。
3. 音频的采集线程
当创建好了 AudioRecord 对象之后,就可以开始进行音频数据的采集了,通过下面两个函数控制采集的开始/停止:
AudioRecord.startRecording();
AudioRecord.stop();
一旦开始采集,必须通过线程循环尽快取走音频,否则系统会出现 overrun,调用的读取数据的接口是:
AudioRecord.read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes);
4. 示例代码
我将 AudioRecord 类的接口简单封装了一下,提供了一个 AudioCapturer 类,可以到我的Github下载:https://github.com/Jhuster/Android/blob/master/Audio/AudioCapturer.java
这里也贴出来一份:
/** COPYRIGHT NOTICE * Copyright (C) 2016, Jhuster <lujun.hust@gmail.com>* https://github.com/Jhuster/Android* * @license under the Apache License, Version 2.0 ** @file AudioCapturer.java* * @version 1.0 * @author Jhuster* @date 2016/03/10 */
import android.media.AudioFormat;
import android.media.AudioRecord;
import android.media.MediaRecorder;
import android.util.Log;public class AudioCapturer {private static final String TAG = "AudioCapturer";private static final int DEFAULT_SOURCE = MediaRecorder.AudioSource.MIC;private static final int DEFAULT_SAMPLE_RATE = 44100;private static final int DEFAULT_CHANNEL_CONFIG = AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO;private static final int DEFAULT_AUDIO_FORMAT = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;private AudioRecord mAudioRecord;private int mMinBufferSize = 0;private Thread mCaptureThread; private boolean mIsCaptureStarted = false;private volatile boolean mIsLoopExit = false;private OnAudioFrameCapturedListener mAudioFrameCapturedListener;public interface OnAudioFrameCapturedListener {public void onAudioFrameCaptured(byte[] audioData);} public boolean isCaptureStarted() { return mIsCaptureStarted;}public void setOnAudioFrameCapturedListener(OnAudioFrameCapturedListener listener) {mAudioFrameCapturedListener = listener;}public boolean startCapture() {return startCapture(DEFAULT_SOURCE, DEFAULT_SAMPLE_RATE, DEFAULT_CHANNEL_CONFIG,DEFAULT_AUDIO_FORMAT);}public boolean startCapture(int audioSource, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) {if (mIsCaptureStarted) {Log.e(TAG, "Capture already started !");return false;}mMinBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat);if (mMinBufferSize == AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE) {Log.e(TAG, "Invalid parameter !");return false;}Log.d(TAG , "getMinBufferSize = "+mMinBufferSize+" bytes !");mAudioRecord = new AudioRecord(audioSource,sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat,mMinBufferSize); if (mAudioRecord.getState() == AudioRecord.STATE_UNINITIALIZED) {Log.e(TAG, "AudioRecord initialize fail !");return false;} mAudioRecord.startRecording();mIsLoopExit = false;mCaptureThread = new Thread(new AudioCaptureRunnable());mCaptureThread.start();mIsCaptureStarted = true;Log.d(TAG, "Start audio capture success !");return true;}public void stopCapture() {if (!mIsCaptureStarted) {return;}mIsLoopExit = true; try {mCaptureThread.interrupt();mCaptureThread.join(1000);} catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace();}if (mAudioRecord.getRecordingState() == AudioRecord.RECORDSTATE_RECORDING) {mAudioRecord.stop(); }mAudioRecord.release(); mIsCaptureStarted = false;mAudioFrameCapturedListener = null;Log.d(TAG, "Stop audio capture success !");}private class AudioCaptureRunnable implements Runnable { @Overridepublic void run() {while (!mIsLoopExit) {byte[] buffer = new byte[mMinBufferSize];int ret = mAudioRecord.read(buffer, 0, mMinBufferSize); if (ret == AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION) {Log.e(TAG , "Error ERROR_INVALID_OPERATION");} else if (ret == AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE) {Log.e(TAG , "Error ERROR_BAD_VALUE");} else { if (mAudioFrameCapturedListener != null) {mAudioFrameCapturedListener.onAudioFrameCaptured(buffer);} Log.d(TAG , "OK, Captured "+ret+" bytes !");} } } }
}
使用前要注意,添加如下权限:
<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />
5. 小结
音频开发的知识点其实挺多的,一篇文章也无法详细地展开叙述,因此,不够全面和详尽的地方,请大家搜索专业的资料进行深入了解。文章中有不清楚的地方欢迎留言或者来信 lujun.hust@gmail.com 交流,或者关注我的新浪微博 @卢_俊 或者 微信公众号 @Jhuster 获取最新的文章和资讯。
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