Android 音频系统

导入

早期Linux版本采用的是OSS框架，它也是Unix及类Unix系统中广泛使用的一种音频体系。

ALSA是Linux社区为了取代OSS而提出的一种框架，是一个源代码完全开放的系统(遵循GNU GPL和GNU LGPL)。ALSA在Kernel 2.5版本中被正式引入后，OSS就逐步被排除在内核之外。

从Linux 2.6 开始，ALSA成了Linux系统默认的音频框架。

ALSA主要由下表所示的几个部分组成：

Element	Description
alsa-driver	内核驱动包
alsa-lib	用户空间的函数库
alsa-utils	包含了很多实用的小程序，比如 alsactl:用于保存设备设置 amixer:是一个命令行程序，用于声量和其它声音控制 alsamixer:amixer的ncurses版 acconnect和aseqview:制作MIDI连接，以及检查已连接的端口列表 aplay和arecord:两个命令行程序，分别用于播放和录制多种格式的音频
alsa-tools	包含一系列工具程序
alsa-firmware	音频固件支持包
alsa-plugins	插件包，比如jack,pulse,maemo
alsa-oss	用于兼容OSS的模拟包
pyalsa	用于编译python版本的alsa lib

在Android中精简了ALSA库中不需要的代码，并将库的名称改为libtinyalsa.so，目前libtinyalsa.so中只提供两种基本API：pcm和mixer

Android 系统中音频框架

在 Android 系统中，音频通路由应用程序、系统组件和设备驱动程序等多个层次构成：

应用程序 应用程序是最接近用户的层次，通过该层次可以实现不同的音频功能，例如录制声音、播放音乐、电话通话等。应用程序通过调用 Android 框架提供的相应 API 来控制音频数据的采集、传输和输出，并将信号传递给下一层别系统。
|
音频处理模块 Android 中提供了不少音频处理模块，如 OpenSL ES、AudioTrack、AudioRecord、MediaRecorder等，这些模块可完成音频编解码、降噪、混响、均衡器等处理操作。在 Android 中，音频处理模块都基于 Java 和 C++ 实现，在处理音频数据时需要调用底层的音频驱动程序和 HAL 进行数据交换等。
|
音频抽象层 (HAL) 音频抽象层 (HAL) 位于音频处理模块和音频硬件驱动之间，其作用是对 Android 音频框架进行抽象，将上层的请求转发到底层的音频驱动程序中实现。不同的音频 HAL 对应不同的音频处理器，需要根据具体情况进行开发和配置。
|
音频设备驱动程序 音频设备驱动程序位于 HAL 和底层音频硬件之间，其作用是实现 Android 音频框架和硬件之间的数据通信和控制。每个音频设备有一个特定的硬件驱动程序，并包含输入通路 (IN) 和输出通路 (OUT) 两个方面。
|
底层硬件 底层硬件是实现音频通路的最终载体，包括声卡、编解码器、扬声器、麦克风等多种类型的物理硬件组件。在 Android 设备中，这些硬件会接入到不同的总线中，如 PCM/I2S，AC97 等，并由相应的音频驱动程序进行控制和管理。

AudioRecord 是如何从音频抽象层获取数据的

调用 Java API 应用程序通过 Java API 创建并初始化 AudioRecord 对象，指定了音频源，采样率、通道数等参数。
|
JNI接口调用 Java 层面通过 JNI 接口调用 C++ 层面的 AudioRecord JNI 方法，JNI 方法会根据 Java 提供的参数来构造打开音频设备，并启动数据传输。
|
引擎回调方式 AudioRecord 采用了引擎回调方式，即向 AudioRecord 注册一个回调函数 onRecordFrameAvailable()。当有可用的音频数据时，底层音频驱动就会调用该回调函数，将数据传递回 Java 层面。
|
音频采集和缓冲 在音频采集过程中，音频硬件驱动程序会将原始模拟信号转化为数字信号，并存储在音频输入缓冲区或 FIFO 中等待处理。AudioRecord 将预先分配的缓冲区与输入写入的音频数据进行交替处理，以确保连续不断地读取音频数据
|
数据处理和返回 上述步骤完成后，数据经过采样、量化等处理后被转换成 PCM 码流，并存储在 AudioRecord 的缓冲区中。当缓冲区满或数据达到阈值时，数据回溯至JNI层面，在此处再被转化为 Java NIO 中的 ByteBuffer 类型，并通过 JniEnv 调用Java函数汇报读取完毕。

由于 Android 平台支持多种音频硬件驱动和 HAL 层，因此 AudioRecord 获取数据的具体实现可能与不同硬件平台、音频架构和应用程序的编写有关，例如底层 DMA 机制和 ADC/DAC 设计