Android Audio System 之二：AudioFlinger

引言

    AudioFlinger是Android音頻系統的兩大服務之一，另一個服務是AudioPolicyService，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。AudioPolicyService的相關內容請參考另一編文章：《Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager 》

http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/18/5949280.aspx

 

    本文主要介紹AudioFlinger，AudioFlinger向下訪問AudioHardware，實現輸出音頻資料，控制音頻參數。同時，AudioFlinger向上通過IAudioFinger介面提供服務。所以，AudioFlinger在Android的音頻系統架構中起著承上啟下的作用，地位相當重要。AudioFlinger的相關代碼主要在：frameworks/base/libs/audioflinger，也有部分相關的代碼在frameworks/base/media/libmedia裡。

AudioFlinger的類結構

下面的圖示描述了AudioFlinger類的內部結構和關係：

 

                                                             圖一   AudioFlinger的類結構

不知道各位是否和我一樣，第一次看到AudioFlinger類的定義的時候都很鬱悶--這個類實在是龐大和臃腫，可是當你理清他的關係以後，你會覺得相當合理。下面我們一一展開討論。

• IAudioFlinger介面

    這是AudioFlinger向外提供服務的介面，例如openOutput，openInput，createTrack，openRecord等等，應用程式或者其他service通過ServiceManager可以獲得該介面。該介面通過繼承BnAudioFlinger得到。

• ThreadBase

    在AudioFlinger中，Android為每一個放音/錄音裝置均建立一個處理線程，負責音頻資料的I/O和合成，ThreadBase是這些線程的基類，所有的播放和錄音線程都派生自ThreadBase

• TrackBase

    應用程式每建立一個音軌（AudioTrack/AudioRecord），在AudioFlinger中都會建立一個對應的Track執行個體，TrackBase就是這些Track的基類，他的衍生類別有：

•  
  • PlaybackTread::Track    // 用於普通播放，對應於應用程式層的AudioTrack
  • PlaybackThread::OutputTrack    // 用於多重裝置輸出，當藍芽播放開啟時使用
  • RecordThread::RecordTrack    // 用於錄音，對應於應用程式層的AudioRecord
• 播放

    預設的播放線程是MixerThread，它由AudioPolicyManager建立，在AudioPolicyManager的建構函式中，有以下代碼：

mHardwareOutput = mpClientInterface->openOutput(&outputDesc->mDevice,<br /> &outputDesc->mSamplingRate,<br /> &outputDesc->mFormat,<br /> &outputDesc->mChannels,<br /> &outputDesc->mLatency,<br /> outputDesc->mFlags);

最終會進入AudioFlinger的openOut函數：

......<br />thread = new MixerThread(this, output, ++mNextThreadId);<br />......<br />mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);<br />......<br />return mNextThreadId;

可以看到，建立好的線程會把該線程和它的Id儲存在AudioFlinger的成員變數mPlaybackThreads中，mPlaybackThreads是一個Vector，AudioFlinger建立的線程都會儲存在裡面，最後，openOutput返回該線程的Id，該Id也就是所謂的audio_io_handle_t，AudioFlinger的調用者這能看到這個audio_io_handle_t，當需要訪問時傳入該audio_io_handle_t，AudioFlinger會通過mPlaybackThreads，得到該線程的指標。

    要播放聲音，應用程式首先要通過IAudioFlinger介面，調用createTrack()，關於createTrack的流程，可以參看我的另一篇文章：

          http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/14/5941344.aspx

createTrack會調用PlaybackThread類的createTrack_l函數：

track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,<br /> channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);

再跟入createTrack_l函數中，可以看到建立了PlaybackThread::Track類，然後加入播放線程的track列表mTracks中。

track = thread->createTrack_l(client, streamType, sampleRate, format,<br /> channelCount, frameCount, sharedBuffer, &lStatus);<br />......<br />mTracks.add(track);

在createTrack的最後，建立了TrackHandle類並返回，TrackHandle繼承了IAudioTrack介面，以後，createTrack的調用者可以通過IAudioTrack介面與AudioFlinger中對應的Track執行個體互動。

trackHandle = new TrackHandle(track);<br />......<br />return trackHandle;

 最後，在系統運行時，AudioFlinger中的線程和Track的結構大致如所示：它會擁有多個背景工作執行緒，每個線程擁有多個Track。

                                          圖二     AudioFlinger的線程結構

播放線程實際上是MixerThread的一個執行個體，MixerThread的threadLoop()中，會把該線程中的各個Track進行混合，必要時還要進行ReSample(重採樣)的動作，轉換為統一的採樣率（44.1K），然後通過音頻系統的AudioHardware層輸出音頻資料。

• 錄音

     錄音的流程和放音差不多，只不過資料流動的方向相反，錄音線程變成RecordThread，Track變成了RecordTrack，openRecord返回RecordHandle，詳細的暫且不表。

• DuplicatingThread

    AudioFlinger中有一個特殊的線程類：DuplicatingThread，從圖一可以知道，它是MixerThread的子類。當系統中有兩個裝置要同時輸出時，DuplicatingThread將被建立，通過IAudioFlinger的openDuplicateOutput方法建立DuplicatingThread。

int AudioFlinger::openDuplicateOutput(int output1, int output2)<br />{<br /> Mutex::Autolock _l(mLock);<br /> MixerThread *thread1 = checkMixerThread_l(output1);<br /> MixerThread *thread2 = checkMixerThread_l(output2);<br /> ......<br /> DuplicatingThread *thread = new DuplicatingThread(this, thread1, ++mNextThreadId);<br /> thread->addOutputTrack(thread2);<br /> mPlaybackThreads.add(mNextThreadId, thread);<br /> return mNextThreadId;<br />}

    建立 DuplicatingThread時，傳入2個需要同時輸出的目標線程Id，openDuplicateOutput先從mPlaybackThreads中根據Id取得相應輸出線程的執行個體，然後為每個線程建立一個虛擬AudioTrack----OutputTrack，然後把這個虛擬AudioTrack加入到目標線程的mTracks列表中，DuplicatingThread在它的threadLoop()中，把Mixer好的資料同時寫入兩個虛擬OutputTrack中，因為這兩個OutputTrack已經加入到目標線程的mTracks列表，所以，兩個目標線程會同時輸出DuplicatingThread的聲音。

    實際上，建立DuplicatingThread的工作是有AudioPolicyService中的AudioPolicyManager裡發起的。主要是當藍芽耳機和本機輸出都開啟時，AudioPolicyManager會做出以下動作：

• 首先開啟（或建立）藍芽輸出線程A2dpOutput
• 以HardwareOutput和A2dpOutput作為參數，調用openDuplicateOutput，建立DuplicatingThread
• 把屬於STRATEGY_MEDIA類型的Track移到A2dpOutput中
• 把屬於STRATEGY_DTMF類型的Track移到A2dpOutput中
• 把屬於STRATEGY_SONIFICATION類型的Track移到DuplicateOutput中

結果是，音樂和DTMF只會在藍芽耳機中輸出，而按鍵音和鈴聲等提示音會同時在本機和藍芽耳機中輸出。

                                                                           圖三  本機播放時的Thread和Track

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        圖四   藍芽播放時的Thread和Track