智能手机音频系统概述

最新推荐文章于 2021-05-25 16:36:44 发布

MARTINGANG

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分类专栏： Android Audio

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http://blog.youkuaiyun.com/sepnic/article/details/6740640

音频系统概述

专业术语：

[plain] view plain copy print ?

ASLA - Advanced Sound Linux Architecture
OSS - 以前的Linux音频体系结构，被ASLA取代并兼容
Codec - Coder/Decoder
I2S/PCM/AC97 - Codec与CPU间音频的通信协议/接口/总线
DAI - Digital Audio Interface 其实就是I2S/PCM/AC97
DAC - Digit to Analog Conversion
ADC - Analog to Digit Conversion
DSP - Digital Signal Processor
Mixer - 混音器，将来自不同通道的几种音频模拟信号混合成一种模拟信号
Mute - 消音，屏蔽信号通道
PCM - Pulse Code Modulation 一种从音频模拟信号转换成数字信号的技术，区别于PCM音频通信协议
Sample Rate - ADC的频率，每秒采样的次数，典型值如44.1KHZ
Sample Length- 比如24bit，就是将音频模拟信号按照2的24次方进行等分
SSI - Serial Sound Interface
DAPM - Dynamic Audio Power Management

ASLA         - Advanced Sound Linux Architecture
OSS          - 以前的Linux音频体系结构，被ASLA取代并兼容
Codec        - Coder/Decoder
I2S/PCM/AC97 - Codec与CPU间音频的通信协议/接口/总线
DAI          - Digital Audio Interface 其实就是I2S/PCM/AC97
DAC          - Digit to Analog Conversion
ADC          - Analog to Digit Conversion
DSP          - Digital Signal Processor
Mixer        - 混音器，将来自不同通道的几种音频模拟信号混合成一种模拟信号
Mute         - 消音，屏蔽信号通道
PCM          - Pulse Code Modulation 一种从音频模拟信号转换成数字信号的技术，区别于PCM音频通信协议
Sample Rate  - ADC的频率，每秒采样的次数，典型值如44.1KHZ
Sample Length- 比如24bit，就是将音频模拟信号按照2的24次方进行等分
SSI          - Serial Sound Interface
DAPM         - Dynamic Audio Power Management

以Codec作为研究对象，它的输入有Mic（Microphone）、PhoneIn电话信号等，输出有耳机HP（Headphone)、扬声器SPK（Speaker）和PhoneOut电话信号。另外需要注意在Codec与CPU端间也有音频数字信号的输入输出。

1、播放

2、录音

3、电话上行

4、电话下行

5、通过蓝牙电话上行

6、通过蓝牙电话下行

以上摘自：http://blog.youkuaiyun.com/qianjin0703/article/details/6387662

Loon：1-4即播放、录音、打电话、接听电话和我们目前的音频系统基本是一致的，也应该属于常规设计。5-6增加了蓝牙模块，只是画出了CODEC与Bluetooth的接法，CODEC与CPU、Bluetooth与CPU的连接未给出。我们CODEC只有一组DAI（可以配置成I2S或PCM），那么CODEC到Bluetooth、CODEC到CPU能否复用一组DAI？设计中……

WM9713音频通路设计

CODEC : WM9713

要求：通话录音、电话背景音播放。支持耳机以及蓝牙耳机

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WM9713 路由控制：
本机：
AP声音播放 : DAC -> SPKMIXER -> SPK
录音 : MIC1 -> REC -> ADC (板载MIC接MIC1)
电话上行 : MIC1 -> MONOMIXER -> MONO -> 模组输入
电话下行 : 模组输出 -> HEADSET / 免提状态 : 模组输出 -> MONOIN/PCBEFF -> SPKMIXER -> SPK
通话录音 : MONOMIXER -> REC (电话上行), MONOIN -> REC (电话下行)
背景音播放 : DAC -> MONOMIXER
耳机：
AP声音播放 : DAC -> HPMIXER -> HP
录音 : MIC2A -> REC -> ADC (耳机MIC接MIC2A)
电话上行 : MIC1 -> MONOMIXER -> MONO -> 模组 (这里明显用板载MIC进行电话上行，个人觉得用耳机MIC效果更好)
电话下行 : 模组输出 -> LINE -> HPMIXER -> HP
通话录音 : MONOMIXER -> REC (电话上行), HPMIXER -> REC (电话下行)
背景音播放 : DAC -> MONOMIXER
蓝牙耳机：蓝牙耳机通过CODEC的PCM接口连接。
AP声音播放 : DAC -> HPMIXER -> REC -> ADC -> PCM -> BLUETOOTH
录音 : BLUETOOTH -> PCM -> VOICEDAC -> ADC
电话上行 : BLUETOOTH -> PCM -> VOICEDAC -> MONOMIXER -> MONO -> 模组输入
电话下行 : MONOIN/PCBEFF -> HPMIXER -> REC -> ADC -> BLUETOOTH
背景音播放 : DAC -> MONOMIXER

WM9713 路由控制：
本机：
	AP声音播放 : DAC -> SPKMIXER -> SPK 
	录音       : MIC1 -> REC -> ADC (板载MIC接MIC1)
	电话上行   : MIC1 -> MONOMIXER -> MONO -> 模组输入
	电话下行   : 模组输出 -> HEADSET / 免提状态 : 模组输出 -> MONOIN/PCBEFF -> SPKMIXER -> SPK
	通话录音   : MONOMIXER -> REC (电话上行), MONOIN -> REC (电话下行)
	背景音播放 : DAC -> MONOMIXER

耳机：
	AP声音播放 : DAC -> HPMIXER -> HP
	录音       : MIC2A -> REC -> ADC (耳机MIC接MIC2A)
	电话上行   : MIC1 -> MONOMIXER -> MONO -> 模组 (这里明显用板载MIC进行电话上行，个人觉得用耳机MIC效果更好)      
	电话下行   : 模组输出 -> LINE -> HPMIXER -> HP
	通话录音   : MONOMIXER -> REC (电话上行), HPMIXER -> REC (电话下行)
	背景音播放 : DAC -> MONOMIXER

蓝牙耳机：蓝牙耳机通过CODEC的PCM接口连接。
	AP声音播放 : DAC -> HPMIXER -> REC -> ADC -> PCM -> BLUETOOTH 
	录音       : BLUETOOTH -> PCM -> VOICEDAC -> ADC
	电话上行   : BLUETOOTH -> PCM -> VOICEDAC -> MONOMIXER -> MONO -> 模组输入       
	电话下行   : MONOIN/PCBEFF -> HPMIXER -> REC -> ADC -> BLUETOOTH
	背景音播放 : DAC -> MONOMIXER

以上摘自：http://blog.youkuaiyun.com/dycl3/article/details/2645835

Loon：对于蓝牙耳机的电话上行和电话下行通路，个人觉得复杂了一点，明显有更好的设计，目前暂没明白作者这样做的意图。下面给出WM9713框图和蓝牙框图帮助理解其音频路径设计。

WM9713框图：

蓝牙通话框图：

蓝牙通话框图，指示错了，应该是“蓝色表示电话下行，红色表示电话上行”。特此更正！

如何在Android平台上使用USB Audio设备

需求：USB Headset插上去后，声音要从本地CODEC切换到USB Headset输出/输入。

上网搜了有关USB Audio Hotplug的东西，比较适用的资源如下：

1、Hotplugging USB audio devices (Howto)

题目看起来很吻合我们的问题，事实上并没有多少参考价值。其中脚本/etc/hotplug/usb/extigy或许可以捕捉到USB Audio设备的热插拔事件，应该可以进一步验证和利用，留意这点。

2、Example to map USB Ports to ALSA card numbers and add each sound card to a combined, single interface device

这是利用udev来获取USB热插拔事件，虽然Android没有udev，但例子程序对热插拔事件字符串的处理值得参考。

3、USB mic on Linux

其实我们工作的第一步：验证USB Headset是否可以回放录音。

3.1、插上USB Headset，可以看到alsa的确加载了USB Audio，如下：

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~ # cat /proc/asound/cards
0 [WMTSOC ]: HWDAC - WMT_SOC
WMT_SOC (HWDAC)
1 [default ]: USB-Audio - C-Media USB Headphone Set
C-Media USB Headphone Set at usb-0000:00:06.0-1, full speed

~ # cat /proc/asound/cards
 0 [WMTSOC         ]: HWDAC - WMT_SOC
                      WMT_SOC (HWDAC)
 1 [default        ]: USB-Audio - C-Media USB Headphone Set  
                      C-Media USB Headphone Set   at usb-0000:00:06.0-1, full speed

3.2、参考了这个链接，写了如下的配置文件/etc/asond.conf：

[plain] view plain copy print ?

pcm.!default {
type asym
playback.pcm {
type plug
slave.pcm "hw:1,0"
}
capture.pcm {
type plug
slave.pcm "hw:1,0"
}
}

pcm.!default {
         type asym
         playback.pcm {
                 type plug
                 slave.pcm "hw:1,0"
         }
         capture.pcm {
                 type plug
                 slave.pcm "hw:1,0"
         } 
}

重启后，声音就从Headset出来了。

hw:1,0对应card1即USB-Audio - C-Media USB Headphone Set

4、Linux下USB设备热插拔

到此，需要考虑在Android平台切换USB Audio的实现问题了。有几个途径：1/ hotplug/usb；2/ udev；3/ netlink。这里就是netlink的实现方式，链接里有个证实可用的例子程序，目前可能需要做热插拔事件字符串的处理。

难点：

Android音频设备的切换底层入口是alsa_default.cpp，目前看来需要在asound.conf定义好local CODEC和USB Audio的plug；还需要修改alsa_default.cpp，最主要Android要知道USB Audio插上时打开USB Audio的plug，USB Audio拔下时打开local CODEC的plug。这样一想，修改的幅度还是蛮大的。而且未能确定如果在播放的过程中，切换音频设备是否有影响？如果alsa允许只是配置好asound.conf达到同样的目的，那就好办了，可惜目前找不到这方面的资料，应该没有这个便利了。

进展：

2011/9/19：按照以上难点分析，大致完成了整个Android框架层的代码和ALSA配置文件，基本实现了USB Audio热插拔时的音频设备切换。但有个很大的问题：在播放时切换音频设备会导致AudioFlinger服务crash（之前做2G通话时也遇到这个问题，用其他办法规避了）。看来在切换音频设备时，应该停止播放；等切换完成后，再恢复播放。

传闻Android3.1开始支持USB Audio设备：“Your device will support USB Host Mode, applications can now manage connected USB peripherals such as audio devices. input devices, communications devices, and more.”。但Android3.1何时才能开源？

已经有思路了，刚想起Android本身不是支持Bluetooth音频吗？Bluetooth Headset的切换应该与USB Headset本质差不多吧。应该仔细研究下蓝牙音频是如何实现的。Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager