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一文了解Android中的AudioFlinger

AudioFlinger 是 Android 音频框架中的一个核心组件,负责管理音频流的混合和输出。它是 Android 音频系统服务的一部分,作为音频框架和硬件之间的桥梁,接收应用程序的音频请求、进行混音处理,并最终通过音频硬件输出声音。

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下面我们结合 Android 源码深入解析 AudioFlinger 的结构和工作流程。

1. AudioFlinger 介绍

AudioFlinger 是一个通过 Binder 机制实现的系统服务。它运行在 Media Server 进程中,处理来自不同应用程序的音频流,并根据硬件能力进行混音和效果处理,然后将音频输出到设备(如扬声器、耳机等)。AudioFlinger 主要包括以下模块:

  • Mixer:用于合并多个音频流。
  • Track:代表应用程序的音频流,音频播放的最小单位。
  • Output:将音频流输出到物理设备(如扬声器)。
  • Effect:用于音频效果处理。

2. AudioFlinger 的结构和主要组件

AudioFlinger 类 和 AudioMixer类

  • AudioFlinger 类位于 frameworks/av/services/audioflinger/AudioFlinger.cpp 文件中,是音频服务的核心实现。它通过 Binder 暴露接口,提供给应用程序进行调用。主要负责:
  1. 管理音频的输入和输出。
  2. 混合多个应用音频流。
  3. 应用音频效果(如均衡器、混响等)。
  4. 音量管理。
class AudioFlinger : public BnAudioFlinger {
public:// 获取音频输出流sp openOutput(...);// 创建一个音轨(Track)sp createTrack(...);// 添加音频效果status_t addEffectChain(const sp& chain);// ...
};
  • AudioMixer类:它位于frameworks/av/services/audioflinger/AudioMixer.cpp中。这个类负责实际的音频混合工作。通过调用process()方法来混合多个音频缓冲区。它内部有一个mState结构体,用于保存混音的状态信息,如音频格式、声道数等参数。

AudioTrack 和 AudioRecord

  • AudioTrack:代表应用程序向 AudioFlinger 提供的音频数据,管理音频流的播放。位于应用层的 AudioTrack.java 类和 native 层的 AudioTrack.cpp 中。创建后,AudioTrack 会将音频数据传递给 AudioFlinger
  • AudioRecord:用于音频录制,类似于 AudioTrack,但用于管理输入音频流的数据读取。

PlaybackThread 和 RecordThread

AudioFlinger 通过 PlaybackThreadRecordThread 管理音频的播放和录制。这些线程会在特定设备上对音频流进行处理。

  • PlaybackThread:负责管理音频的输出流,它的主要任务是从音轨(Track)中提取音频数据、进行混合处理,并发送到硬件设备。
  • RecordThread:负责管理音频的输入流,用于从硬件采集音频数据并传递给 AudioRecord。

3. AudioFlinger 的工作流程

3.1 AudioTrack 的创建和绑定

当应用程序创建一个 AudioTrack 并开始播放音频时,AudioFlingercreateTrack 函数会被调用:

sp track = audioFlinger->createTrack(...);

createTrack 函数会在 AudioFlinger 中生成一个 Track 对象,并将该对象添加到相应的 PlaybackThread 中。每一个 Track 对象对应一个应用程序音频流,PlaybackThread 负责处理这些音轨的数据。

3.2 音频混合处理

PlaybackThread 会定期从 Track 中读取音频数据,然后将数据混合到一个缓冲区中。PlaybackThreadthreadLoop 函数是核心循环,负责读取各个音轨的数据,并执行混合操作:

bool PlaybackThread::threadLoop() {// 获取每个 Track 的音频数据for (size_t i = 0; i < mTracks.size(); i++) {sp track = mTracks[i];// 读取 Track 的音频数据track->getNextBuffer();}// 混合音频流mixTracks();// 输出音频到硬件outputToHardware();return true;
}

在混合阶段,PlaybackThread 会将多个 Track 对象中的数据相加,以形成最终输出的音频数据。

3.3 AudioFlinger 的音效处理

AudioFlinger 支持音效处理,比如均衡、混响等。音效链(EffectChain)可以应用在音频流上。EffectChain 包含一个或多个 Effect 对象,每个对象代表一个音效。PlaybackThread 会在混音后对音频数据应用音效。

void PlaybackThread::applyEffects() {for (size_t i = 0; i < mEffectChains.size(); i++) {sp chain = mEffectChains[i];chain->process();}
}

3.4 音频输出到硬件

在所有音轨数据混合并应用效果后,PlaybackThread 会将音频数据写入输出设备。输出设备通过 Audio HAL 实现,将数据传递到硬件进行播放。

void PlaybackThread::outputToHardware() {audioHardware->write(mMixBuffer, mixBufferSize);
}

4. 关键流程总结

  1. 创建音轨:应用通过 AudioTrack 创建音轨,AudioFlinger 将其添加到 PlaybackThread。
  2. 音频混合:PlaybackThread 从每个 Track 读取数据并执行混合操作。
  3. 音效处理:EffectChain 对音频进行效果处理。
  4. 输出:最终的音频数据通过 Audio HAL 写入硬件进行播放。

5. 与其他组件的关系

  • 与应用程序:应用程序通过AudioTrack和AudioFlinger进行交互。AudioTrack作为应用程序端的音频播放接口,会向AudioFlinger请求创建音频轨道和写入音频数据等操作。
  • 与音频硬件驱动:AudioFlinger通过AudioHardwareInterface抽象接口与音频硬件驱动交互。不同的音频硬件设备(如不同厂商的声卡、蓝牙耳机等)会有相应的实现类来满足AudioHardwareInterface的接口要求,从而实现音频数据的输出。

6. 总结

AudioFlinger 是 Android 音频框架的核心组件,实现了音频流的管理、混合、音效处理和输出。通过 Binder 服务,它将音频播放和录制的请求从应用层传递到硬件层。AudioFlinger 的实现依赖于多线程模型,通过 PlaybackThreadRecordThread 管理音频输入和输出,确保不同应用的音频数据能够被平滑混合并及时输出到硬件设备。

参考

https://source.android.com/docs/automotive/audio?hl=zh-cn
https://blog.csdn.net/weixin_47702410/article/details/123761205

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