iOS音頻播放之AudioQueue(一)：播放本地音樂

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• AudioQueue簡單介紹
• AudioStreamer說明
• AudioQueue具體解釋
  • AudioQueue工作原理
  • AudioQueue主要介面
    • AudioQueueNewOutput
    • AudioQueueAllocateBuffer
    • AudioQueueEnqueueBuffer
    • AudioQueueStart Pause Stop Flush Reset Dispose
    • AudioQueueFreeBuffer
    • AudioQueueGetProperty AudioQueueSetProperty
• 音頻播放LocalAudioPlayer
  • 播放器的初始化
  • 播放音頻
    • LocalAudioPlayer相關屬性
    • 讀取並開始解析音頻
    • 解析音頻資訊
      • kAudioFileStreamProperty_DataFormat
      • kAudioFileStreamProperty_FileFormat
      • kAudioFileStreamProperty_AudioDataByteCount
      • kAudioFileStreamProperty_BitRate
      • kAudioFileStreamProperty_DataOffset
      • kAudioFileStreamProperty_AudioDataPacketCount
      • kAudioFileStreamProperty_ReadyToProducePackets
    • 解析音訊框架
    • 播放音頻資料
    • 清理相關資源
• 結束

iOS實現播放本地音樂，有非常多種方法。比如AVAudioPlayer,這些都能非常好的勝任。有人就奇怪了。為什麼要退而求其次。使用更複雜的AudioQueue來播放本地音樂呢？請繼續往下看

AudioQueue簡單介紹

AudioQueue，在蘋果的開發人員文檔上是這麼說的

"Audio Queue Services provides a straightforward, low overhead way to record and play audio in iOS and Mac OS X."

AudioQueue官方文檔

AudioQueue服務提供一種直接的,低開銷的方式以用於在iOS及Mac OS X上錄音和播放音樂。

使用AudioQueue播放音樂的長處就是開銷非常小並且支援流式播放（邊下邊播）。可是缺點就是開發難度大。所以有網路音頻庫AudioStreamer，網上有非常多講AudioQueue的。可是有執行個體代碼說明的，實在是少之又少。正好公司項目有音頻需求，儘管項目中使用的並不是我自己寫的音頻播放功能，但事後還是想自己來研究一下，這個在我看來比較奇妙也比較有趣的AudioQueue。

AudioStreamer說明

iOS上一個比較有名的流媒體音頻播放庫是AudioStreamer，該庫即使用了AudioQueue。只是該音頻庫並不支援本地音樂播放，我感覺非常奇怪，為什麼作者不支援。並且在使用過程中，我發現該庫還是有點問題，儘管我對音頻方面的知識並不怎麼瞭解，也並不能與大師媲美並論。但我也希望通過自己的學習，終於完成一個相似AudioStreamer的網路音樂庫，眼下或許僅僅是一個設想。無論最後自己有沒有那能力，起碼我以前也嘗試過。只是工作近期比較忙，加上自己知識的欠缺。不知何時才幹實現。本次就先來補上AudioStreamer沒有支援的，使用AudioQueue播放本地音樂。

AudioQueue具體解釋AudioQueue工作原理

我從Apple的官方文檔上截下下面該圖：

該圖非常好的說明了AudioQueue的工作原理，例如以下說明：
1. 使用者調用對應的方法，將音頻資料從硬碟中讀入到AudioQueue的緩衝區中，並將緩衝區送入音頻隊列。

2. 使用者App通過AudioQueue提供的介面。告訴外放裝置，緩衝區中已經有資料。能夠拿去播放。
3. 當一個緩衝區中的音頻資料播放完成之後，AudioQueue告訴使用者，當前有一個空的緩衝區能夠用來給你填充資料。

4. 反覆以上步驟。直至資料播放完成。

到這裡，肯定有不少同學發現了，AudioQueue事實上就是生產者-消費者模型的典型應用。

AudioQueue主要介面AudioQueueNewOutput

OSStatus AudioQueueNewOutput(const AudioStreamBasicDescription *inFormat, AudioQueueOutputCallback inCallbackProc, void *inUserData, CFRunLoopRef inCallbackRunLoop, CFStringRef inCallbackRunLoopMode, UInt32 inFlags, AudioQueueRef  _Nullable *outAQ);

該方法用於建立一個用於輸出音訊AudioQueue

參數及返回說明例如以下：
1. inFormat：該參數指明了即將播放的音訊資料格式
2. inCallbackProc：該回調用於當AudioQueue已使用完一個緩衝區時通知使用者，使用者能夠繼續填充音頻資料
3. inUserData：由使用者傳入的資料指標，用於傳遞給回呼函數
4. inCallbackRunLoop：指明回調事件發生在哪個RunLoop之中，假設傳遞NULL，表示在AudioQueue所在的線程上運行該回調事件，普通情況下，傳遞NULL就可以。
5. inCallbackRunLoopMode：指明回調事件發生的RunLoop的模式，傳遞NULL相當於kCFRunLoopCommonModes，通常情況下傳遞NULL就可以
6. outAQ：該AudioQueue的引用執行個體，

返回OSStatus，假設值為noErr。則表示沒有錯誤。AudioQueue建立成功。

AudioQueueAllocateBuffer

OSStatus AudioQueueAllocateBuffer(AudioQueueRef inAQ, UInt32 inBufferByteSize, AudioQueueBufferRef  _Nullable *outBuffer);

該方法的作用是為存放音頻資料的緩衝區開闢空間

參數及返回說明例如以下：
1. inAQ：AudioQueue的引用執行個體
2. inBufferByteSize：須要開闢的緩衝區的大小
3. outBuffer：開闢的緩衝區的引用執行個體

返回OSStatus，假設值為noErr，則表示緩衝區開闢成功。

AudioQueueEnqueueBuffer

OSStatus AudioQueueEnqueueBuffer(AudioQueueRef inAQ, AudioQueueBufferRef inBuffer, UInt32 inNumPacketDescs, const AudioStreamPacketDescription *inPacketDescs);

該方法用於將已經填充資料的AudioQueueBuffer入隊到AudioQueue

參數及返回說明例如以下：
1. inAQ：AudioQueue的引用執行個體
2. inBuffer：須要入隊的緩衝區執行個體
3. inNumPacketDescs：緩衝區中共存在有多少幀音頻資料
4. inPacketDescs：緩衝區中每一幀的相關資訊。使用者須要指明當中每一幀在緩衝區中資料的位移值，通過欄位mStartOffset來指定

返回OSStatus。假設值為noErr，則表示緩衝區已經成功入隊。等待播放

AudioQueueStart Pause Stop Flush Reset Dispose

OSStatus AudioQueueStart(AudioQueueRef inAQ, const AudioTimeStamp *inStartTime);OSStatus AudioQueuePause(AudioQueueRef inAQ);OSStatus AudioQueueStop(AudioQueueRef inAQ, Boolean inImmediate);OSStatus AudioQueueFlush(AudioQueueRef inAQ);OSStatus AudioQueueReset(AudioQueueRef inAQ);OSStatus AudioQueueDispose(AudioQueueRef inAQ, Boolean inImmediate);

顧名思義，前三個方法用於音訊播放，暫停及停止。

後兩個方法用於在最後清洗及重設音頻隊列，清洗確保隊列中的資料全然輸出。AudioQueuDispose用於清理AudioQueue所佔資源。

參數及返回說明例如以下：
1. inAQ：AudioQueue的引用執行個體
2. inStartTime：指明要開始播放音訊時間，假設要馬上開始。傳遞NULL
3. inImmediate：指明是否要馬上停止音頻播放，如是。傳遞true

返回OSStatus表示相關的操作是否成功運行。

AudioQueueFreeBuffer

OSStatus AudioQueueFreeBuffer(AudioQueueRef inAQ, AudioQueueBufferRef inBuffer);

該方法用於在播放結束時。釋放清理緩衝區時使用

AudioQueueGetProperty AudioQueueSetProperty

OSStatus AudioQueueGetProperty(AudioQueueRef inAQ, AudioQueuePropertyID inID, void *outData, UInt32 *ioDataSize);OSStatus AudioQueueSetProperty(AudioQueueRef inAQ, AudioQueuePropertyID inID, const void *inData, UInt32 inDataSize);

此GET/SET方法，用於設定擷取AudioQueue的相關屬性，請參看AudioQueue.h標頭檔裡的相關說明。

音頻播放(LocalAudioPlayer)

使用AudioQueue播放音樂，一般須要配合AudioFileStream一起，AudioFileStream負責解析音頻資料。AudioQueue負責播放解析到的音頻資料。

此次僅實現最主要的本地音頻播放功能。旨在為以後打下基礎，不處理不論什麼相關的狀態（如暫停、停止、SEEK），錯誤等。

播放方式相似流式播放，僅僅是音頻資料來源於本地檔案而非網路。需經過下面幾個步驟：
1. 持續不斷的從檔案裡讀取部分資料，直到資料所有讀取結束
2. 將檔案裡讀出的資料，交給AudioFileStream進行資料解析
3. 建立AudioQueue，當資料放入到AudioQueueBuffer中
4. 將緩衝區放到到AudioQueue中，開始播放音頻
5. 播放音頻結束，清理相關資源

播放器的初始化

播放器的init主要用於指定要播放的音頻檔案，例如以下所看到的：

讀取檔案操作，使用NSFileHandle類。audioInUseLock，是一個NSLock*類型，用於在AudioQueue通知我們有空的緩衝區能夠使用時做標記。

我們在使用者點擊playbutton的時候，初始化該播放器，並調用play方法進行播放

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY2Fpcm8xMjM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="初始化播放器執行個體" title="">

播放音頻

播放音頻將分為下面步驟：
1. 讀取並開始解析音頻
2. 解析音頻資訊
3. 解析音訊框架
4. 播放音頻資料
5. 清理相關資源

我們先定義幾個宏，用於指定一些緩衝區的大小

#define kNumberOfBuffers 3              //AudioQueueBuffer數量。一般指明為3#define kAQBufSize 128 * 1024           //每一個AudioQueueBuffer的大小#define kAudioFileBufferSize 2048       //檔案讀取資料的緩衝區大小#define kMaxPacketDesc 512              //最大的AudioStreamPacketDescription個數

LocalAudioPlayer相關屬性

LocalAudioPlayer中定義的屬性例如以下所看到的：

讀取並開始解析音頻

我們使用AudioFileStream來解析音頻資訊。在使用者調用play方法之後。首先調用AudioFileStreamOpen，開啟AudioFileStream，例如以下所看到的：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY2Fpcm8xMjM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="開啟AudioFileStream" title="">

extern OSStatus AudioFileStreamOpen (void *inClientData, AudioFileStream_PropertyListenerProc   inPropertyListenerProc, AudioFileStream_PacketsProc             inPacketsProc, AudioFileTypeID                          inFileTypeHint, AudioFileStreamID * outAudioFileStream);

AudioFileStreamOpen的參數說明例如以下：
1. inClientData：使用者指定的資料，用於傳遞給回呼函數。這裡我們指定(__bridge LocalAudioPlayer*)self
2. inPropertyListenerProc：當解析到一個音頻資訊時。將回調該方法
3. inPacketsProc：當解析到一個音訊框架時，將回調該方法
4. inFileTypeHint：指明音頻資料的格式。假設你不知道音頻資料的格式，能夠傳0
5. outAudioFileStream：AudioFileStreamID執行個體，需儲存供興許使用

讀取到資料之後。調用AudioFileStreamParseBytes解析資料，其原型例如以下：

extern OSStatusAudioFileStreamParseBytes(AudioFileStreamID inAudioFileStream, UInt32 inDataByteSize, const void * inData, AudioFileStreamParseFlags inFlags);

參數的說明例如以下：
1. inAudioFileStream：AudioFileStreamID執行個體，由AudioFileStreamOpen開啟
2. inDataByteSize：此次解析的資料位元組大小
3. inData：此次解析的資料大小
4. inFlags：資料解析標誌。當中僅僅有一個值kAudioFileStreamParseFlag_Discontinuity = 1，表示解析的資料是否是不連續的，眼下我們能夠傳0。

當檔案資料合部讀取結束的時候，此時便能夠關閉檔案。

解析音頻資訊

假設解析到音頻資訊，那麼將會調用之前指定的回呼函數，例如以下所看到的：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY2Fpcm8xMjM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="解析音頻資訊-1" title="">

每一個相關的屬性都能夠調用AudioFileStreamGetProperty來擷取到對應的值，原型例如以下：

extern OSStatusAudioFileStreamGetProperty(AudioFileStreamID inAudioFileStream, AudioFileStreamPropertyID inPropertyID, UInt32 *ioPropertyDataSize, void *                              outPropertyData);

參數說明：
1. inAudioFileStream：AudioFileStreamID執行個體，由AudioFileStreamOpen開啟
2. inPropertyID：要擷取的屬性名稱。參見AudioFileStream.h
3. ioPropertyDataSize：指明該屬性的大小
4. outPropertyData：用於存放該屬性值的空間

kAudioFileStreamProperty_DataFormat

該屬性指明了音頻資料的格式資訊，返回的資料是一個AudioStreamBasicDescription結構。需儲存用於AudioQueue的使用

kAudioFileStreamProperty_FileFormat

該屬性指明了音頻資料的編碼格式，如MPEG等。

kAudioFileStreamProperty_AudioDataByteCount

該屬性可擷取到音頻資料的長度，可用於計算音頻時間長度，計算公式為：
時間長度 = (音頻資料位元組大小 * 8) / 採樣率

kAudioFileStreamProperty_BitRate

該屬性可擷取到音訊採樣率。可用於計算音頻時間長度

kAudioFileStreamProperty_DataOffset

該屬性指明了音頻資料在整個音頻檔案裡的位移量：
音頻檔案總大小 = 位移量 + 音頻資料位元組大小

kAudioFileStreamProperty_AudioDataPacketCount

該屬性指明了音頻檔案裡共同擁有多少幀

kAudioFileStreamProperty_ReadyToProducePackets

該屬性告訴我們，已經解析到完整的音訊框架資料，準備產生音訊框架。之後會調用到另外一個回呼函數。我們在這裡建立音頻隊列AudioQueue，假設音頻資料中有Magic Cookie Data，則先調用AudioFileStreamGetPropertyInfo，擷取該資料是否可寫，假設可寫再取出該屬性值，並寫入到AudioQueue。之後便是音頻資料幀的解析。

解析音訊框架

音頻資訊解析完成之後，就應該解析音頻資料幀了，代碼例如以下所看到的：

在這裡。我們利用之前設定的inClientData，將該回呼函數，由C語言形式改為Objc的形式，解析到音頻資料之後的處理代碼例如以下所看到的：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY2Fpcm8xMjM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="解析音頻資料幀-2" title="">

解析到音頻資料之後，我們要將資料寫入到AudioQueueBuffer中，首先，該回呼函數的原型例如以下所看到的：

typedef void (*AudioFileStream_PacketsProc)(void *              inClientData, UInt32 inNumberBytes,UInt32       inNumberPackets, const void *inInputData,                           AudioStreamPacketDescription *inPacketDescriptions);

參數說明：
1. inClientData：由AudioFileStreamOpen設定的使用者資料
2. inNumberBytes：音頻資料的位元組數
3. inNumberPackets：解析到的音訊框架數
4. inInputData：包括這些音頻資料幀的資料
5. inPacketDescriptions：AudioStreamPacketDescription數組。當中包括mStartOffset，指明了該幀相關資料的起始位置。mDataByteSize指明了該幀資料的大小。

此時我們首先建立一個音頻隊列。用以播放音頻。並為每一個緩衝區分配空間，例如以下所看到的：

watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvY2Fpcm8xMjM=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/SouthEast" alt="建立音頻隊列" title="">

之後我們遍曆每一幀。擷取每一幀的位移位置及資料大小，假設當前幀的資料大小，已經無法存放到當前的緩衝區當中，此時，我們應該將當前的緩衝區入隊。改動當前使用的緩衝區為下一個。並重設相關的資料填充資訊及已包括的資料幀資訊。

self.audioQueueCurrentBufferIndex = (++self.audioQueueCurrentBufferIndex) % kNumberOfBuffers;self.audioPacketsFilled = 0;self.audioDataBytesFilled = 0;

假設此時還沒有開始播放音樂，則能夠開始播放音樂

if(self.isPlaying == NO) {    err = AudioQueueStart(audioQueueRef, NULL);    self.isPlaying = YES;}

若下一個指定的緩衝區已經在使用。即所有緩衝區已滿且入隊。則應該進行等待

while(inuse[self.audioQueueCurrentBufferIndex]);

最後，假設緩衝區空間還能存放一幀資料，我們就使用memcpy將資料拷貝到緩衝區中對應的位置上去，儲存每一幀的相關資訊，設定每一幀在緩衝區中的位移量(mStartOffset)，設定當前緩衝區已存方的資料大小。及已包括的幀量。

當一個緩衝區使用結束之後，AudioQueue將會調用之前由AudioQueueNewOutput設定的回呼函數，例如以下所看到的：

在該回調中，我們遍曆每一個緩衝區，找到空緩衝區。將該緩衝區的標記改動為未使用。

播放音頻資料

在處理資料幀的時候。假設緩衝區已經滿（指緩衝區的空間不足以存放下一幀資料），則此時能夠開始播放音頻

if(self.isPlaying == NO) {    err = AudioQueueStart(audioQueueRef, NULL);    self.isPlaying = YES;}

我們還能夠調用AudioQueuePause等相關方法來暫停和終止音頻播放。例如以下所看到的：

清理相關資源

終於。我們清理相關資源，在前面，我們利用了AudioQueueAddPropertyListener為kAudioQueueProperty_IsRunning屬性設定了一個監聽器，當AudioQueue啟動或者是終止的時候，會調用該函數：

該回呼函數，例如以下所看到的：

在該方法中，我們使用AudioQueueReset重設播放隊列，調用AudioQueueFreeBuffer釋放緩衝區空間，釋放AudioQueue所有資源，關閉AudioFileStream。

只是在實際使用過程中，我探索資料為空白的時候AudioQueue並不會主動終止，即不會主動調用該回調。所以我想，應該是要我們自己擷取到當前播放的進度，當播放完成的時候調用AudioQueueStop終止播放吧，這個問題留著待以後再繼續研究。

結束

終於完成了所有的代碼，使用者僅僅要點擊play，即能夠聽到《遙遠的她》這首美妙的音樂了。因為介面上僅僅有一個playbutton。不放示範圖了。戴上耳機。靜靜的享受自己的成果與這美妙的音樂。

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iOS音頻播放之AudioQueue(一)：播放本地音樂