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这篇文章主要讲解了“AudioTrack API怎么使用”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“AudioTrack API怎么使用”吧！
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一 目的
本文的目的是通过从Audio系统来分析Android的代码，包括Android自定义的那套机制和一些常见类的使用，比如Thread，MemoryBase等。
分析的流程是：
l 先从API层对应的某个类开始，用户层先要有一个简单的使用流程。
l 根据这个流程，一步步进入到JNI，服务层。在此过程中，碰到不熟悉或者***次见到的类或者方法，都会解释。也就是深度优先的方法。
分析工具很简单，就是sourceinsight和android的API doc文档。当然还得有android的源代码。我这里是基于froyo的源码。
注意，froyo源码太多了，不要一股脑的加入到sourceinsight中，只要把framwork目录下的源码加进去就可以了，后续如要用的话，再加别的目录。
二 Audio系统
先看看Audio里边有哪些东西？通过Android的SDK文档，发现主要有三个：
l AudioManager：这个主要是用来管理Audio系统的
l AudioTrack：这个主要是用来播放声音的
l AudioRecord：这个主要是用来录音的
其中AudioManager的理解需要考虑整个系统上声音的策略问题，例如来电话铃声，短信铃声等，主要是策略上的问题。一般看来，最简单的就是播放声音了。所以我们打算从AudioTrack开始分析。
三 AudioTrack（JAVA层）
先看看使用例子，然后跟进去分析。至于AudioTrack的其他使用方法和说明，需要大家自己去看API文档了。
//根据采样率，采样精度，单双声道来得到frame的大小。 int bufsize = AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K个点 AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//双声道 AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);//一个采样点16比特-2个字节 //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AudioTrack AudioTrack trackplayer = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, 8000, AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_ STEREO, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, bufsize, AudioTrack.MODE_STREAM);// trackplayer.play() ;//开始 trackplayer.write(bytes_pkg, 0, bytes_pkg.length) ;//往track中写数据 …. trackplayer.stop();//停止播放 trackplayer.release();//释放底层资源。
这里需要解释下两个东西：
1 AudioTrack.MODE_STREAM的意思：
AudioTrack中有MODE_STATIC和MODE_STREAM两种分类。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。
而STATIC的意思是一开始创建的时候，就把音频数据放到一个固定的buffer，然后直接传给audiotrack，后续就不用一次次得write了。AudioTrack会自己播放这个buffer中的数据。
这种方法对于铃声等内存占用较小，延时要求较高的声音来说很适用。
2 StreamType
这个在构造AudioTrack的***个参数中使用。这个参数和Android中的AudioManager有关系，涉及到手机上的音频管理策略。
Android将系统的声音分为以下几类常见的（未写全）：
l STREAM_ALARM：警告声
l STREAM_MUSCI：音乐声，例如music等
l STREAM_RING：铃声
l STREAM_SYSTEM：系统声音
l STREAM_VOCIE_CALL：电话声音
为什么要分这么多呢？以前在台式机上开发的时候很少知道有这么多的声音类型，不过仔细思考下，发现这样做是有道理的。例如你在听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，所以，这个参数对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。
AudioTrack的例子就几个函数。先看看***个函数：
AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K个点 AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//双声道 AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT); ----->AudioTrack.JAVA //注意，这是个static函数 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;--->看到了吧，外面名字搞得这么酷，其实就是指声道数 break; default: loge("getMinBufferSize(): Invalid channel configuration."); return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE; } //目前只支持PCM8和PCM16精度的音频 if ((audioFormat != AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT) && (audioFormat != AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT)) { loge("getMinBufferSize(): Invalid audio format."); return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE; } //ft，对采样频率也有要求，太低或太高都不行，人耳分辨率在20HZ到40KHZ之间 if ( (sampleRateInHz < 4000) || (sampleRateInHz > 48000) ) { loge("getMinBufferSize(): " + sampleRateInHz +"Hz is not a supported sample rate."); return AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE; } //调用native函数，够烦的，什么事情都搞到JNI层去。 int size = native_get_min_buff_size(sampleRateInHz, channelCount, audioFormat); if ((size == -1) || (size == 0)) { loge("getMinBufferSize(): error querying hardware"); return AudioTrack.ERROR; } else { return size; } native_get_min_buff_size--->在framework/base/core/jni/android_media_track.cpp中实现。（不了解JNI的一定要学习下，否则只能在JAVA层搞，太狭隘了。）最终对应到函数 static jint android_media_AudioTrack_get_min_buff_size(JNIEnv *env, jobject thiz, jint sampleRateInHertz, jint nbChannels, jint audioFormat) {//注意我们传入的参数是： //sampleRateInHertz = 8000 //nbChannels = 2； //audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT int afSamplingRate; int afFrameCount; uint32_t afLatency; //下面涉及到AudioSystem，这里先不解释了， //反正知道从AudioSystem那查询了一些信息 if (AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSamplingRate) != NO_ERROR) { return -1; } if (AudioSystem::getOutputFrameCount(&afFrameCount) != NO_ERROR) { return -1; } if (AudioSystem::getOutputLatency(&afLatency) != NO_ERROR) { return -1; } //音频中最常见的是frame这个单位，什么意思？经过多方查找，***还是在ALSA的wiki中 //找到解释了。一个frame就是1个采样点的字节数*声道。为啥搞个frame出来？因为对于多//声道的话，用1个采样点的字节数表示不全，因为播放的时候肯定是多个声道的数据都要播出来//才行。所以为了方便，就说1秒钟有多少个frame，这样就能抛开声道数，把意思表示全了。 // Ensure that buffer depth covers at least audio hardware latency uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 * afFrameCount)/afSamplingRate); if (minBufCount < 2) minBufCount = 2; uint32_t minFrameCount = (afFrameCount*sampleRateInHertz*minBufCount)/afSamplingRate; //下面根据最小的framecount计算最小的buffersize int minBuffSize = minFrameCount * (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1) * nbChannels; return minBuffSize; }getMinBufSize函数完了后，我们得到一个满足最小要求的缓冲区大小。这样用户分配缓冲区就有了依据。下面就需要创建AudioTrack对象了
先看看调用函数：
AudioTrack trackplayer = new AudioTrack( AudioManager.STREAM_MUSIC, 8000, AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_ STEREO, AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, bufsize, AudioTrack.MODE_STREAM);// 其实现代码在AudioTrack.java中。 public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat, int bufferSizeInBytes, int mode) throws IllegalArgumentException { mState = STATE_UNINITIALIZED; // 获得主线程的Looper，这个在MediaScanner分析中已经讲过了 if ((mInitializationLooper = Looper.myLooper()) == null) { mInitializationLooper = Looper.getMainLooper(); } //检查参数是否合法之类的，可以不管它 audioParamCheck(streamType, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, mode); //我是用getMinBufsize得到的大小，总不会出错吧？ audioBuffSizeCheck(bufferSizeInBytes); // 调用native层的native_setup，把自己的WeakReference传进去了 //不了解JAVA WeakReference的可以上网自己查一下，很简单的 int initResult = native_setup(new WeakReference(this), mStreamType, 这个值是AudioManager.STREAM_MUSIC mSampleRate, 这个值是8000 mChannels, 这个值是2 mAudioFormat,这个值是AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT mNativeBufferSizeInBytes, //这个是刚才getMinBufSize得到的 mDataLoadMode);DataLoadMode是MODE_STREAM .... } 上面函数调用最终进入了JNI层android_media_AudioTrack.cpp下面的函数
static int android_media_AudioTrack_native_setup(JNIEnv *env, jobject thiz, jobject weak_this, jint streamType, jint sampleRateInHertz, jint channels, jint audioFormat, jint buffSizeInBytes, jint memoryMode) { int afSampleRate; int afFrameCount;下面又要调用一堆东西，烦不烦呐？具体干什么用的，以后分析到AudioSystem再说。
AudioSystem::getOutputFrameCount(&afFrameCount, streamType)； AudioSystem::getOutputSamplingRate(&afSampleRate, streamType)； AudioSystem::isOutputChannel(channels)； popCount是统计一个整数中有多少位为1的算法 int nbChannels = AudioSystem::popCount(channels); if (streamType == javaAudioTrackFields.STREAM_MUSIC) { atStreamType = AudioSystem::MUSIC; } int bytesPerSample = audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1; int format = audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? AudioSystem::PCM_16_BIT : AudioSystem::PCM_8_BIT; int frameCount = buffSizeInBytes / (nbChannels * bytesPerSample); //上面是根据Buffer大小和一个Frame大小来计算帧数的。 // AudioTrackJniStorage，就是一个保存一些数据的地方，这 //里边有一些有用的知识，下面再详细解释 AudioTrackJniStorage* lpJniStorage = new AudioTrackJniStorage(); jclass clazz = env->GetObjectClass(thiz); lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_class = (jclass)env->NewGlobalRef(clazz); lpJniStorage->mCallbackData.audioTrack_ref = env->NewGlobalRef(weak_this); lpJniStorage->mStreamType = atStreamType; //创建真正的AudioTrack对象 AudioTrack* lpTrack = new AudioTrack(); if (memoryMode == javaAudioTrackFields.MODE_STREAM) { //如果是STREAM流方式的话，把刚才那些参数设进去 lpTrack->set( atStreamType,// stream type sampleRateInHertz, format,// word length, PCM channels, frameCount, 0,// flags audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user) 0,// notificationFrames == 0 since not using EVENT_MORE_DATA to feed the AudioTrack 0,// 共享内存，STREAM模式需要用户一次次写，所以就不用共享内存了 true);// thread can call Java } else if (memoryMode == javaAudioTrackFields.MODE_STATIC) { //如果是static模式，需要用户一次性把数据写进去，然后 //再由audioTrack自己去把数据读出来，所以需要一个共享内存 //这里的共享内存是指C++AudioTrack和AudioFlinger之间共享的内容 //因为真正播放的工作是由AudioFlinger来完成的。 lpJniStorage->allocSharedMem(buffSizeInBytes); lpTrack->set( atStreamType,// stream type sampleRateInHertz, format,// word length, PCM channels, frameCount, 0,// flags audioCallback, &(lpJniStorage->mCallbackData),//callback, callback data (user)); 0,// notificationFrames == 0 since not using EVENT_MORE_DATA to feed the AudioTrack lpJniStorage->mMemBase,// shared mem true);// thread can call Java } if (lpTrack->initCheck() != NO_ERROR) { LOGE("Error initializing AudioTrack"); goto native_init_failure; } //又来这一招，把C++AudioTrack对象指针保存到JAVA对象的一个变量中 //这样，Native层的AudioTrack对象就和JAVA层的AudioTrack对象关联起来了。 env->SetIntField(thiz, javaAudioTrackFields.nativeTrackInJavaObj, (int)lpTrack); env->SetIntField(thiz, javaAudioTrackFields.jniData, (int)lpJniStorage); }1 AudioTrackJniStorage详解
这个类其实就是一个辅助类，但是里边有一些知识很重要，尤其是Android封装的一套共享内存的机制。这里一并讲解，把这块搞清楚了，我们就能轻松得在两个进程间进行内存的拷贝。
AudioTrackJniStorage的代码很简单。
struct audiotrack_callback_cookie { jclass audioTrack_class; jobject audioTrack_ref; }; cookie其实就是把JAVA中的一些东西保存了下，没什么特别的意义 class AudioTrackJniStorage { public: sp mMemHeap;//这两个Memory很重要 sp mMemBase; audiotrack_callback_cookie mCallbackData; int mStreamType; bool allocSharedMem(int sizeInBytes) { mMemHeap = new MemoryHeapBase(sizeInBytes, 0, "AudioTrack Heap Base"); mMemBase = new MemoryBase(mMemHeap, 0, sizeInBytes); //注意用法，先弄一个HeapBase，再把HeapBase传入到MemoryBase中去。 return true; } }; 2 MemoryHeapBase
MemroyHeapBase也是Android搞的一套基于Binder机制的对内存操作的类。既然是Binder机制，那么肯定有一个服务端（Bnxxx），一个代理端Bpxxx。看看MemoryHeapBase定义：
class MemoryHeapBase : public virtual BnMemoryHeap
{
果然，从BnMemoryHeap派生，那就是Bn端。这样就和Binder挂上钩了
//Bp端调用的函数最终都会调到Bn这来
对Binder机制不了解的，可以参考：
http://blog.csdn.net/Innost/archive/2011/01/08/6124685.aspx
有好几个构造函数，我们看看我们使用的：
MemoryHeapBase::MemoryHeapBase(size_t size, uint32_t flags, char const * name) : mFD(-1), mSize(0), mBase(MAP_FAILED), mFlags(flags), mDevice(0), mNeedUnmap(false) { const size_t pagesize = getpagesize(); size = ((size + pagesize-1) & ~(pagesize-1)); //创建共享内存，ashmem_create_region这个是系统提供的,可以不管它 //设备上打开的是/dev/ashmem设备，而Host上打开的是一个tmp文件 int fd = ashmem_create_region(name == NULL ? "MemoryHeapBase" : name, size); mapfd(fd, size);//把刚才那个fd通过mmap方式得到一块内存 //不明白得去man mmap看看 mapfd完了后，mBase变量指向内存的起始位置, mSize是分配的内存大小，mFd是 ashmem_create_region返回的文件描述符 }MemoryHeapBase提供了一下几个函数，可以获取共享内存的大小和位置。
getBaseID()--->返回mFd，如果为负数，表明刚才创建共享内存失败了
getBase()->返回mBase，内存位置
getSize()->返回mSize，内存大小
有了MemoryHeapBase，又搞了一个MemoryBase，这又是一个和Binder机制挂钩的类。
唉，这个估计是一个在MemoryHeapBase上的方便类吧？因为我看见了offset
那么估计这个类就是一个能返回当前Buffer中写位置（就是offset）的方便类
这样就不用用户到处去计算读写位置了。
class MemoryBase : public BnMemory { public: MemoryBase(const sp& heap, ssize_t offset, size_t size); virtual sp getMemory(ssize_t* offset, size_t* size) const; protected: size_t getSize() const { return mSize; } ssize_t getOffset() const { return mOffset; } const sp& getHeap() const { return mHeap; } }; 好了，明白上面两个MemoryXXX，我们可以猜测下大概的使用方法了。
l BnXXX端先分配BnMemoryHeapBase和BnMemoryBase，
l 然后把BnMemoryBase传递到BpXXX
l BpXXX就可以使用BpMemoryBase得到BnXXX端分配的共享内存了。
注意，既然是进程间共享内存，那么Bp端肯定使用memcpy之类的函数来操作内存，这些函数是没有同步保护的，而且Android也不可能在系统内部为这种共享内存去做增加同步保护。所以看来后续在操作这些共享内存的时候，肯定存在一个跨进程的同步保护机制。我们在后面讲实际播放的时候会碰到。
另外，这里的SharedBuffer最终会在Bp端也就是AudioFlinger那用到。
JAVA层到这一步后就是调用play和write了。JAVA层这两个函数没什么内容，都是直接转到native层干活了。
先看看play函数对应的JNI函数
static void android_media_AudioTrack_start(JNIEnv *env, jobject thiz) { //看见没，从JAVA那个AudioTrack对象获取保存的C++层的AudioTrack对象指针 //从int类型直接转换成指针。要是以后ARM变成64位平台了，看google怎么改！ AudioTrack *lpTrack = (AudioTrack *)env->GetIntField( thiz, javaAudioTrackFields.nativeTrackInJavaObj); lpTrack->start(); //这个以后再说 }下面是write。我们写的是short数组，
static jint android_media_AudioTrack_native_write_short(JNIEnv *env, jobject thiz, jshortArray javaAudioData, jint offsetInShorts, jint sizeInShorts, jint javaAudioFormat) { return (android_media_AudioTrack_native_write(env, thiz, (jbyteArray) javaAudioData, offsetInShorts*2, sizeInShorts*2, javaAudioFormat) / 2); } 烦人，又根据Byte还是Short封装了下，最终会调到重要函数writeToTrack去 jint writeToTrack(AudioTrack* pTrack, jint audioFormat, jbyte* data, jint offsetInBytes, jint sizeInBytes) { ssize_t written = 0; // regular write() or copy the data to the AudioTrack's shared memory? if (pTrack->sharedBuffer() == 0) { //创建的是流的方式，所以没有共享内存在track中 //还记得我们在native_setup中调用的set吗？流模式下AudioTrackJniStorage可没创建 //共享内存 written = pTrack->write(data + offsetInBytes, sizeInBytes); } else { if (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16) { // writing to shared memory, check for capacity if ((size_t)sizeInBytes > pTrack->sharedBuffer()->size()) { sizeInBytes = pTrack->sharedBuffer()->size(); } //看见没？STATIC模式的，就直接把数据拷贝到共享内存里 //当然，这个共享内存是pTrack的，是我们在set时候把AudioTrackJniStorage的 //共享设进去的 memcpy(pTrack->sharedBuffer()->pointer(), data + offsetInBytes, sizeInBytes); written = sizeInBytes; } else if (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM8) { PCM8格式的要先转换成PCM16 } return written; }到这里，似乎很简单啊，JAVA层的AudioTrack，无非就是调用write函数，而实际由JNI层的C++ AudioTrack write数据。反正JNI这层是再看不出什么有意思的东西了。
四 AudioTrack（C++层）
接上面的内容，我们知道在JNI层，有以下几个步骤：
l new了一个AudioTrack
l 调用set函数，把AudioTrackJniStorage等信息传进去
l 调用了AudioTrack的start函数
l 调用AudioTrack的write函数
那么，我们就看看真正干活的的C++AudioTrack吧。
AudioTrack.cpp位于framework/base/libmedia/AudioTrack.cpp
JNI层调用的是最简单的构造函数：
AudioTrack::AudioTrack() : mStatus(NO_INIT) //把状态初始化成NO_INIT。Android大量使用了设计模式中的state。 { }接下来调用set。我们看看JNI那set了什么
lpTrack->set( atStreamType, //应该是Music吧 sampleRateInHertz,//8000 format,// 应该是PCM_16吧 channels,//立体声=2 frameCount,// 0,// flags audioCallback, //JNI中的一个回调函数 &(lpJniStorage->mCallbackData),//回调函数的参数 0,// 通知回调函数，表示AudioTrack需要数据，不过暂时没用上 0,//共享buffer地址，stream模式没有 true);//回调线程可以调JAVA的东西 那我们看看set函数把。 status_t AudioTrack::set( int streamType, uint32_t sampleRate, int format, int channels, int frameCount, uint32_t flags, callback_t cbf, void* user, int notificationFrames, const sp& sharedBuffer, bool threadCanCallJava) {
...前面一堆的判断，等以后讲AudioSystem再说
audio_io_handle_t output = AudioSystem::getOutput((AudioSystem::stream_type)streamType, sampleRate, format, channels, (AudioSystem::output_flags)flags); //createTrack？看来这是真正干活的 status_t status = createTrack(streamType, sampleRate, format, channelCount, frameCount, flags, sharedBuffer, output); //cbf是JNI传入的回调函数audioCallback if (cbf != 0) { //看来，怎么着也要创建这个线程了！ mAudioTrackThread = new AudioTrackThread(*this, threadCanCallJava); } return NO_ERROR; }看看真正干活的createTrack