Android音频系统

最近在做UAC的项目，大概就是接收内核UAC的事件，也就是声音相关事件。然后就是pcm_read和AudioTrackr->write之间互传。感觉略微有点奇怪，所以简单总结一下。

1 UAC的简要流程

open_netlink_socket 打开内核窗口，类似于ioctl。

recvfrom 接收数据。

UAC_CAP_START 处理开始播放事件。
    host_to_device
        tracker_data_thread 播放线程。
            pcm_read->(AudioTrackr->write)
        pcm_open
        pcm_read
        pcm_close
        
UAC_CAP_STOP 处理停止播放事件。
    
UAC_PLAY_START 处理开始录音事件。
    device_to_host
        recorder_data_thread
            (AudioRecord->read)<-pcm_write
        pcm_open
        pcm_write
        pcm_close
    
UAC_PLAY_STOP 处理停止录音事件。

2 安卓音频系统

https://source.android.com/docs/core/audio?hl=zh-cn

关于UAC的内容，居然也有说：

https://source.android.com/docs/core/audio/usb?hl=zh-cn

不过下面这两个图我觉得直观一丢丢。

下面这个都包浆了。。。

大致就是几层：

1 Java App层，这一层封装最完善，但是只有最常规的操作，给开发app的帅哥做傻瓜式操作的。使用android.media.MediaPlayer。

2 Framework层，这一层可以使用AudioTracker和AudioRecorder，这一层接口比较底层一点，提供的功能比较多。可以实现实时处理和一些特效。Java和C++都可以用。下面还有个AudioFlinger，是用来做混音的。也是上下层的分隔。所以绕过Framework层，直接用HAL的接口，可能就有问题。

3 HAL接口。有HIDL和AIDL的，这一层理论上可以用，但是貌似比较少，起码我们公司的大神都不在这层搞事。

4 ALSA接口，这一层是标准Linux的，花样也是非常多。

3 App接口

没啥好说的，这部分我也不是太熟悉，直接怼media.MediaPlayer即可。代码说明一切吧。

package com.example.audioplayer;import android.media.MediaPlayer;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;public class MainActivity extends AppCompatActivity {private MediaPlayer mediaPlayer;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);Button playButton = findViewById(R.id.play_button);Button stopButton = findViewById(R.id.stop_button);// 播放本地音频文件mediaPlayer = MediaPlayer.create(this, R.raw.example_audio);// 如果你想播放网络音频流，可以使用下面的代码// mediaPlayer = new MediaPlayer();// try {//     mediaPlayer.setDataSource("http://your-audio-url.com/audio.mp3");//     mediaPlayer.prepare(); // 同步准备，可能会阻塞主线程，建议使用异步准备// } catch (IOException e) {//     e.printStackTrace();// }playButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(View v) {if (mediaPlayer != null && !mediaPlayer.isPlaying()) {mediaPlayer.start();}}});stopButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(View v) {if (mediaPlayer != null && mediaPlayer.isPlaying()) {mediaPlayer.stop();// 重新准备MediaPlayermediaPlayer.prepareAsync();}}});}@Overrideprotected void onDestroy() {super.onDestroy();if (mediaPlayer != null) {mediaPlayer.release();mediaPlayer = null;}}
}

4 AudioTracker和AudioRecorder

我这次项目用的就是这两个，其实还是挺简单，看个例子就够了。。。

#include <android/media/AudioTrack.h>// 假设audioBuffer是一个已经加载好的音频数据的short数组
short audioBuffer[]; // 音频数据填充到这个数组中
int bufferSize = audioTrack->frameCount() * audioTrack->channelCount(); // 计算缓冲区大小// 创建一个AudioTrack实例
auto audioTrack = new android::media::AudioTrack(android::media::AudioTrack::STREAM_MUSIC, // 音频流类型44100, // 采样率44.1kHzandroid::media::AudioTrack::CHANNEL_OUT_STEREO, // 立体声输出android::media::AudioTrack::TRANSFER_MODE_STATIC, // 静态模式bufferSize, // 缓冲区大小android::media::AudioTrack::MODE_STATIC // 静态播放模式
);// 开始播放音频
audioTrack->start();// 写入数据到AudioTrack缓冲区
audioTrack->write(audioBuffer, bufferSize);// 播放完毕，暂停并释放资源
audioTrack->stop();
delete audioTrack;

5 HAL

这部分位于vendor，上面的是位于system，所以还是区别很大。如果要在vendor搞事情，还是要用这个部分。

定义是在这个地方：https://android.googlesource.com/platform/hardware/interfaces/+/refs/heads/master/audio/

但是比较疑惑的一点是单位有大神说直接调用Hal，会碰坏系统。。。存疑中。。。

用的话直接用hardware/audio.h就可以。

#include <jni.h>
#include <string>
#include <android/log.h>
#include <hardware/hardware.h>
#include <hardware/audio.h>#define LOG_TAG "NativeAudio"
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_audioplayer_MainActivity_nativeInitAudio(JNIEnv *env, jobject thiz) {LOGD("Initializing Audio HAL");hw_module_t *module = nullptr;hw_device_t *device = nullptr;// Load the audio hardware moduleif (hw_get_module(AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t **)&module) == 0) {LOGD("Audio module loaded");// Open the audio hardware deviceif (module->methods->open(module, AUDIO_HARDWARE_INTERFACE, &device) == 0) {LOGD("Audio device opened");audio_hw_device_t *audioDevice = (audio_hw_device_t *)device;if (audioDevice && audioDevice->init_check(audioDevice) == 0) {LOGD("Audio device initialized");// Set up and start playback using audio_stream_outaudio_stream_out_t *streamOut = nullptr;audioDevice->open_output_stream(audioDevice, 0, AUDIO_DEVICE_OUT_SPEAKER,AUDIO_OUTPUT_FLAG_NONE, nullptr, &streamOut, nullptr);if (streamOut) {LOGD("Audio stream out opened");// Simplified example to play a buffer (should use actual audio data)size_t bufferSize = streamOut->common.get_buffer_size(&streamOut->common);uint8_t *buffer = new uint8_t[bufferSize];memset(buffer, 0, bufferSize);  // Fill buffer with silence or actual audio datastreamOut->write(streamOut, buffer, bufferSize);delete[] buffer;audioDevice->close_output_stream(audioDevice, streamOut);} else {LOGD("Failed to open audio stream out");}} else {LOGD("Audio device initialization failed");}device->close(device);} else {LOGD("Failed to open audio device");}} else {LOGD("Failed to load audio module");}
}

6 ALSA

这个部分有点略大，看看下次写吧。。。还有一个OMX，以后有心情再写吧。。。

最后回到一开始说的UAC，应该是新生成了音频的节点，然后可以从这个节点读取音频数据，但是最后要将声音从Android的接口放出去，所以那么搞。之前调试的时候，在UAC的模式下，好像也确实是生成了两张声卡。这部分感觉内容也挺多了，下次再总结。

参考：

https://source.android.com/docs/core/audio?hl=zh-cn

Android系统Audio框架介绍_android audio-CSDN博客

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