Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager

引言

    AudioPolicyService是Android音頻系統的兩大服務之一，另一個服務是AudioFlinger，這兩大服務都在系統啟動時有MediaSever載入，載入的代碼位於：frameworks/base/media/mediaserver/main_mediaserver.cpp。AudioFlinger主要負責管理音頻資料處理以及和硬體抽象層相關的工作。本文主要介紹AudioPolicyService。

AudioPolicyService    AudioPolicyService主要完成以下任務：

• JAVA應用程式層通過JNI，經由IAudioPolicyService介面，訪問AudioPolicyService提供的服務
• 輸入輸出裝置的串連狀態
• 系統的音頻策略（strategy）的切換
• 音量/音頻參數的設定

    AudioPolicyService的構成

    下面這張圖描述了AudioPolicyService的靜態結構：

 

進一步說明:

1. AudioPolicyService繼承了IAudioPolicyService介面，這樣AudioPolicyService就可以基於Android的Binder機制，向外部提供服務；

2. AudioPolicyService同時也繼承了AudioPolicyClientInterface類，他有一個AudioPolicyInterface類的成員指標mpPolicyManager，實際上就是指向了AudioPolicyManager；

3. AudioPolicyManager類繼承了AudioPolicyInterface類以便向AudioPolicyService提供服務，反過來同時還有一個AudioPolicyClientInterface指標，該指標在建構函式中被初始化，指向了AudioPolicyService，實際上，AudioPolicyService是通過成員指標mpPolicyManager訪問AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager則通過AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）訪問AudioPolicyService；

4. AudioPolicyService有一個內部線程類AudioCommandThread，顧名思義，所有的命令（音量控制，輸入、輸出的切換等）最終都會在該線程中排隊執行；

AudioPolicyManager

    AudioPolicyService的很大一部分管理工作都是在AudioPolicyManager中完成的。包括音量管理，音頻策略（strategy）管理，輸入輸出裝置管理。

輸入輸出裝置管理

音頻系統為音訊裝置定義了一個枚舉：AudioSystem::audio_devices，例如：DEVICE_OUT_SPEAKER，DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE，DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP，DEVICE_IN_BUILTIN_MIC，DEVICE_IN_VOICE_CALL等等，每一個枚舉值其實對應一個32bit整數的某一個位，所以這些值是可以進行位或操作的，例如我希望同時開啟擴音器和耳機，那麼可以這樣：

newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE；<br />setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);

AudioPolicyManager中有兩個成員變數：mAvailableOutputDevices和mAvailableInputDevices，他們記錄了當前可用的輸入和輸出裝置，當系統檢測到耳機或者藍芽已串連好時，會調用AudioPolicyManager的成員函數:

status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device,<br /> AudioSystem::device_connection_state state,<br /> const char *device_address)

該函數根據傳入的device值和state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）設定mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然後選擇相應的輸入或者輸出裝置。

其他一些相關的函數：

• setForceUse()  設定某種場合強制使用某一裝置，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)會在播放音樂時開啟擴音器
• startOutput()/stopOutput()
• startInput()/stopInput()

音量管理

AudioPolicyManager提供了一下幾個與音量相關的函數：

• initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, int indexMin, int indexMax)
• setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index)
• getStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream)

AudioService.java中定義了每一種音頻流的最大音量層級：

/** @hide Maximum volume index values for audio streams */<br /> private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {<br /> 5, // STREAM_VOICE_CALL<br /> 7, // STREAM_SYSTEM<br /> 7, // STREAM_RING<br /> 15, // STREAM_MUSIC<br /> 7, // STREAM_ALARM<br /> 7, // STREAM_NOTIFICATION<br /> 15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO<br /> 7, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED<br /> 15, // STREAM_DTMF<br /> 15 // STREAM_TTS<br /> };

由此可見，電話鈴聲可以有7個層級的音量，而音樂則可以有15個音量層級，java的代碼通過jni，最後調用AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把這個數組的內容傳入AudioPolicyManager中，這樣AudioPolicyManager也就記住了每一個音頻流的音量層級。應用程式可以調用setStreamVolumeIndex設定各個音頻流的音量層級，setStreamVolumeIndex會把這個整數的音量層級轉化為適合人耳的對數層級，然後通過AudioPolicyService的AudioCommandThread，最終會將設定應用到AudioFlinger的相應的Track中。

音頻策略管理

 我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之間的關係：

• AudioSystem::stream_type  音頻流的類型，一共有10種類型
• AudioSystem::audio_devices  音頻輸入輸出裝置，每一個bit代表一種裝置，見前面的說明
• AudioPolicyManager::routing_strategy 音頻路由策略，可以有4種策略

getStrategy(stream_type)根據stream type，返回對應的routing strategy值，getDeviceForStrategy()則是根據routing strategy，返回可用的device。Android把10種stream type歸納為4種路由策略，然後根據路由策略決定具體的輸出裝置。

 

成員變數mOutputs

KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs; // list of output descriptors

這是AudioPolocyManager用管理輸出的索引值對向量（數組），通常AudioPolocyManager會開啟3個輸出控制代碼（audio_io_handle_t），關於audio_io_handle_t，請參考另一編部落格：http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/14/5941344.aspx，它實際上就是AudioFlinger中某個PlaybackTread的ID。這3個控制代碼分別是：

• mHardwareOutput            // hardware output handler
• mA2dpOutput                   // A2DP output handler
• mDuplicatedOutput          // duplicated output handler: outputs to hardware and A2DP

可以通過startOutput()把某一個stream type放入到相應的輸出中。

 

popCount()

這個函數主要用來計算device變數中有多少個非0位（計算32位元種1的個數），例如該函數返回2，代表同時有兩個device要處理。之所以特別介紹它，是因為這個函數的實現很有意思：

uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u)<br />{<br /> u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555));<br /> u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333));<br /> u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f));<br /> u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff));<br /> u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16);<br /> return u;<br />}

不知道各位看懂了嗎？

 

 

AudioCommandThread

    這是AudioPolicyService中的一個線程，主要用於處理音頻設定相關的命令。包括：

• START_TONE
• STOP_TONE
• SET_VOLUME
• SET_PARAMETERS
• SET_VOICE_VOLUME

     每種命令的參數有相應的封裝：

• class ToneData
• class VolumeData
• class ParametersData
• class VoiceVolumeData

    START_TONE/STOP_TONE：播放電話系統中常用的特殊音調，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。

    SET_VOLUME：最終會調用AudioFlinger進行音量設定

    SET_VOICE_VOLUME：最終會調用AudioFlinger進行電話音量設定

    SET_PARAMETERS：通過一個KeyValuePairs形式的字串進行參數設定，KeyValuePairs的格式可以這樣：

 

•  "sampling_rate=44100"
• "channels=2"
• "sampling_rate=44100;channels=2"     // 組合形式

    這些KeyValuePairs可以通過AudioPolicyService的成員函數setParameters()傳入。