Android的Audio系统

http://blog.csdn.net/gowyz/article/details/6019314

Android的Audio 系统
第一部分 Audio系统综述
第二部分 Audio系统和上层接口
第三部分 Audio的硬件抽象层
第一部分 Audio系统综述
Audio系统在Android中负责音频方面的数据流传输和控制功能，也负责音频设备的管理。
Audio系统主要的分成几个层次：
1. media中库提供的Audio系统的上层接口
2. AudioFlinger作为Audio系统的中枢
3. Audio库的硬件抽象层提供底层的支持
4. Audio接口通过JNI和Java框架提供给上层
Audio系统的上层接口主要提供了两方面的功能：放音（Track）和录音（Recorder）。



Media库（libmedia.so）的Audio部分的目录中：
frameworks/base/include/media/
frameworks/base/media/libmedia/
这部分的内容被编译成库libmedia.so，提供Audio部分的接口。
Audio Flinger (libaudioflinger.so)：
frameworks/base/libs/audioflinger
这部分内容被编译成库libaudioflinger.so。

Audio的JNI部分：
frameworks/base/core/jni
Audio的JAVA部分：
frameworks/base/media/java/android/media
主要包含AudioManager和Audio系统的几个类。
Audio硬件抽象层的接口：
hardware/libhardware_legacy/include/hardware/

第二部分 Audio系统和上层接口
2.1 Audio系统的各个层次
2.2 media库中的Audio框架部分
2.3 AudioFlinger本地代码
2.4 Audio系统的JNI代码
2.5 Audio系统的Java代码
2.1 Audio系统的各个层次
Audio系统的结构：
 libmedia.so提供Audio接口，这些Audio接口既向上层开放，也向本地代码开发。
 libaudiofilnger.so提供Audio接口实现。
 Audio硬件抽象层提供到硬件的接口，供AudioFlinger 调用。
 Audio使用JNI和JAVA对上层提供接口。



2.2 media库中的Audio框架部分
Android 的Audio的核心框架在media库中提供，其中对上面主要实现AudioSystem、AudioTrack和AudioRecorder三个类。提供了IAudioFlinger类接口，在这个类中，可以获得IAudioTrack和IAudioRecorder两个接口，分别用于声音的播放和录制。AudioTrack和AudioRecorder分别通过调用IAudioTrack和IAudioRecorder来实现。



Audio系统的头文件
（路径为： frameworks/base/include/media/） :
AudioSystem.h
IAudioFlinger.h
AudioTrack.h
IAudioTrack.h
AudioRecorder.h
IAudioRecorder.h
Ixxx的接口通过AudioFlinger来实现，其他接口通过JNI向上层提供接口。

Audio系统的头文件在frameworks/base/include/media/目录中，主要的头文件如下：
AudioSystem.h：media库的Audio部分对上层的总管接口；
 IAudioFlinger.h：需要下层实现的总管接口；
 AudioTrack.h：放音部分对上接口；
 IAudioTrack.h：放音部分需要下层实现的接口；
 AudioRecorder.h：录音部分对上接口；
 IAudioRecorder.h：录音部分需要下层实现的接口。
IAudioFlinger.h、IAudioTrack.h和IAudioRecorder.h这三个接口通过下层的继承来实现（即AudioFlinger）。
AudioFlinger.h，AudioTrack.h和AudioRecorder.h是对上层提供的接口，它们既供本地程序调用（例如声音的播放器、录制器等），也可以通过JNI向Java层提供接口。

AudioTrack和AudioRecorder 都具有start，stop和pause等接口。前者具有write接口，用于声音的播放，后者具有read接口，用于声音的录制。AudioSystem用于Audio系统的控制工作，主要包含一些set和get接口，是一个对上层的类。

AudioSystem.h：
class AudioSystem
{
public:
enum stream_type { // Audio 流的类型
SYSTEM = 1,
RING = 2,
MUSIC = 3,
ALARM = 4,
NOTIFICATION = 5,
BLUETOOTH_SCO = 6,
ENFORCED_AUDIBLE = 7,
NUM_STREAM_TYPES
};
enum audio_output_type { // Audio数据输出类型
// …… 省略部分内容 };
enum audio_format { // Audio数据格式
FORMAT_DEFAULT = 0,
PCM_16_BIT,
PCM_8_BIT,
INVALID_FORMAT
};
enum audio_mode { // Audio模式
// …… 省略部分内容 };
enum audio_routes { // Audio 路径类型
ROUTE_EARPIECE = (1 << 0),
ROUTE_SPEAKER = (1 << 1),
ROUTE_BLUETOOTH_SCO = (1 << 2),
ROUTE_HEADSET = (1 << 3),
ROUTE_BLUETOOTH_A2DP = (1 << 4),
ROUTE_ALL = -1UL,
};
static status_t setMasterVolume(float value);
static status_t setMasterMute(bool mute);
static status_t getMasterVolume(float* volume);
static status_t getMasterMute(bool* mute);
static status_t setStreamVolume(int stream, float value);
static status_t setStreamMute(int stream, bool mute);
static status_t getStreamVolume(int stream, float* volume);
static status_t getStreamMute(int stream, bool* mute);
static status_t setMode(int mode);
static status_t getMode(int* mode);
static status_t setRouting(int mode, uint32_t routes, uint32_t mask);
static status_t getRouting(int mode, uint32_t* routes);
// …… 省略部分内容
};

2.3 AudioFlinger本地代码
Audio是AudioFlinger系统的中间层，其代码的路径为：
frameworks/base/libs/audioflinger
AudioFlinger的核心文件是AudioFlinger.h和AudioFlinger.cpp，提供了类AudioFlinger，这个类是一个IAudioFlinger的实现。

AudioFlinger的实现：
class AudioFlinger : public BnAudioFlinger, public IBinder::DeathRecipient
{
public: // …… 省略部分内容
virtual sp<IAudioTrack> createTrack( // 获得音频输出接口（ Track）
pid_t pid, int streamType,uint32_t sampleRate,
int format,int channelCount, int frameCount,
uint32_t flags, const sp<IMemory>& sharedBuffer,
status_t *status);
// …… 省略部分内容
virtual status_t setMasterVolume(float value);
virtual status_t setMasterMute(bool muted);
virtual status_t setStreamVolume(int stream, float value);
virtual status_t setStreamMute(int stream, bool muted);
virtual status_t setRouting(int mode, uint32_t routes, uint32_t mask);
virtual uint32_t getRouting(int mode) const;
virtual status_t setMode(int mode);
virtual int getMode() const;
virtual sp<IAudioRecord> openRecord( // 获得音频输出接口（Record）
pid_t pid,int streamType, uint32_t sampleRate,
int format, int channelCount,int frameCount,
uint32_t flags,status_t *status);

2.4 Audio系统的JNI代码
Audio的JNI部分的代码的路径为：
frameworks/base/core/jni
实现的几个文件为：
android_media_AudioSystem.cpp
android_media_AudioTrack.cpp
android_media_AudioRecord.cpp
主要提供三个类的支持：
android.media.AudioSystem
android.media.AudioTrack
android.media.AudioRecorder

2.5 Audio系统的JAVA代码
Audio的JAVA部分的代码的路径为：
frameworks/base/media/java/android/media
实现了以下的几个类：
android.media.AudioSystem
android.media.AudioTrack
android.media.AudioRecorder
android.media.AudioFormat
android.media.AudioManager

第三部分 Audio的硬件抽象层
Audio的硬件抽象层可以是AudioFlinger和Audio硬件的接口。可以基于Linux标准的Alsa或OSS实现，也可以基于私有的Audio驱动接口来实现。
Audio的硬件抽象层的代码路径为：
hardware/libhardware_legacy/include/hardware/
其中主要的文件为：
AudioHardwareBase.h
AudioHardwareInterface.h
在AudioHardwareInterface.h中定义了类：
AudioStreamOut
AudioStreamIn
AudioHardwareInterface
在AudioHardwareInterface.h中定义了类：
AudioHardwareBase，它继承AudioHardwareInterface，
这是实现Audio硬件抽象层的主要接口。

Audio的硬件抽象层AudioStreamOut和AudioStreamIn 接口：
class AudioStreamOut {
public:
virtual ~AudioStreamOut() = 0;
virtual status_t setVolume(float volume) = 0;
virtual ssize_t write(const void* buffer, size_t bytes) = 0;
/*... ... */
};
class AudioStreamIn {
public:
virtual ~AudioStreamIn() = 0;
virtual status_t setGain(float gain) = 0;
virtual ssize_t read(void* buffer, ssize_t bytes) = 0;
/*... ... */
};

Audio的硬件抽象层AudioHardwareInterface 类：
class AudioHardwareInterface
{
public:
virtual status_t initCheck() = 0;
virtual status_t setVoiceVolume(float volume) = 0;
virtual status_t setMasterVolume(float volume) = 0;
virtual status_t setRouting(int mode, uint32_t routes) = 0;
virtual status_t getRouting(int mode, uint32_t* routes) = 0;
virtual status_t setMode(int mode) = 0;
virtual status_t getMode(int* mode) = 0;
/*... ... */
virtual AudioStreamOut* openOutputStream(
int format=0,
int channelCount=0,
uint32_t sampleRate=0,
status_t *status=0) = 0;
virtual AudioStreamIn* openInputStream(
int format,
int channelCount,
uint32_t sampleRate,
status_t *status,
AudioSystem::audio_in_acoustics acoustics) = 0;
static AudioHardwareInterface* create();
};

在AudioFlinger的实现中，以下几个文件提供了Audio系统的通用实现：
 AudioHardwareGeneric.cpp
 AudioHardwareStub.cpp
 AudioDumpInterface.cpp
这些代码将编译成静态库libaudiointerface.so，这作为Audio系统的通用实现来完成。

实际的Audio硬件抽象层，通常可以基于Linux中的OSS驱动程序和ALSA驱动程序来实现。
基于OSS的硬件抽象层的实现类似AudioGeneric的实现，但是增加了控制接口。
基于ALSA的硬件抽象层的实现需要构建于用户空间的ALSA库上，目前在Android已经有了成熟的应用。