Android 播放音频（PCM）的两种方法--AudioTrack/OpenSL ES使用简介

最新推荐文章于 2025-02-06 09:46:01 发布

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分类专栏： Android 音视频

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本文主要介绍Android上可以进行音频（PCM）播放的两个组件–AudioTrack/OpenSL ES的简单使用方法。

对一个音频文件（如MP3文件），如何使用FFmpeg进行解码获取到PCM，之前的文章已经有相应的说明：
https://blog.youkuaiyun.com/myvest/article/details/89254452。
那么解码后或者mic采集的PCM数据，是如何播放的呢，首先一般会对PCM数据进行重采样，也即是转换为指定的格式。重采样可以参考：https://blog.youkuaiyun.com/myvest/article/details/89442000

最后，进入本文主题，介绍AudioTrack/OpenSL ES的简单使用方法。

1 AudioTrack简介

AudioTrack是Android系统中管理和播放单一音频资源的类，Android提供了java层及native层的api，使用也比较简单，一般我推荐使用这个组件播放。
但需要注意的是，它仅能播放已经解码出来的PCM数据。

1.1 使用方法及API简介

我们以java端的api为例（native层基本一致），AudioTrack使用方法如下：
1、创建：

public AudioTrack(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat,
            int bufferSizeInBytes, int mode)；

参数说明：
1）int streamType：指定即将播放的声音类型，对于不同类型，Android的audio系统会有不同处理（如音量等级不同，音量控制不同等），一些常见类型如下，对于音乐文件，我们使用STREAM_MUSIC

STREAM_ALARM：警告声
STREAM_MUSIC：音乐声，例如music等
STREAM_RING：铃声
STREAM_SYSTEM：系统声音，例如低电提示音，锁屏音等
STREAM_VOCIE_CALL：通话声

AudioTrack有两种数据加载模式（MODE_STREAM和MODE_STATIC），对应的是数据加载模式和音频流类型，对应着两种完全不同的使用场景。

2）int sampleRateInHz：采样率
3）int channelConfig：音频声道对应的layout，如立体声是AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO
4）int audioFormat：音频格式
5）int bufferSizeInBytes：缓冲区大小
缓冲区大小可以通过函数getMinBufferSize获取，传入采样率、声道layout、音频格式即可，如下：

public AudioTrack.getMinBufferSize(sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat);

6）int mode：数据加载模式（MODE_STREAM和MODE_STATIC），两种模式对应着两种不同的使用场景

MODE_STREAM：在这种模式下，通过write一次次把音频数据写到AudioTrack中。这和平时通过write系统调用往文件中写数据类似，但这种工作方式每次都需要把数据从用户提供的Buffer中拷贝到AudioTrack内部的Buffer中，这在一定程度上会使引入延时。为解决这一问题，AudioTrack就引入了第二种模式。
MODE_STATIC：这种模式下，在play之前只需要把所有数据通过一次write调用传递到AudioTrack中的内部缓冲区，后续就不必再传递数据了。这种模式适用于像铃声这种内存占用量较小，延时要求较高的文件。但它也有一个缺点，就是一次write的数据不能太多，否则系统无法分配足够的内存来存储全部数据。

2、启动：

public AudioTrack.play();

3、数据注入：

public int write(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes);

参数比较简单，数据、偏移、size

4、停止：

public AudioTrack.stop();

5、释放：

public   AudioTrack.release();

6、获取状态：
STATE_INITIALIZED和STATE_UNINITIALIZED就不用说明了。STATE_NO_STATIC_DATA是个中间状态，当使用MODE_STATIC模式时，创建AudioTrack ，首先会进入改状态，需要write数据后，才会变成STATE_INITIALIZED状态。非STATE_INITIALIZED状态下去进行play的话，会抛出异常，所以MODE_STATIC模式如果没有write就去play是不行的。

    /**
     * Returns the state of the AudioTrack instance. This is useful after the
     * AudioTrack instance has been created to check if it was initialized
     * properly. This ensures that the appropriate resources have been acquired.
     * @see #STATE_INITIALIZED
     * @see #STATE_NO_STATIC_DATA
     * @see #STATE_UNINITIALIZED
     */
    public int getState() {
        return mState;
    }

1.2 AudioTrack使用示例

java端示例

private AudioTrack audioTrack = null;
	private static int sampleRateInHz = 44100;
	private static int channelConfig = AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO;
	private static int audioFormat = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
	private int bufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat);

	class processThread implements Runnable {
......省略
		public void run() {		    			
		    byte[] outBuf = new byte[DECODE_BUFFER_SIZE];
		    if(audioTrack == null){
				audioTrack = new AudioTrack(AudioManager.STREAM_MUSIC, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, bufferSize,
					AudioTrack.MODE_STREAM);
				if(audioTrack == null){
					mFFdec.decodeDeInit();			
					return ;
				}
		    }
		    try {
			   if ( audioTrack.getState() != AudioTrack.STATE_UNINITIALIZED) {
					audioTrack.play();
			   }
			   while(true){
				   int size = mFFdec.decodeFrame(outBuf);
				   if(size > 0){
						if(mFFdec.getMediaType() == mFFdec.MEDIA_TYPE_AUDIO){//audio
							audioTrack.write(outBuf, 0, size);
						}
				   }else{
				   		break;
				   }
			   }			   
			   if (audioTrack.getState() != AudioTrack.STATE_UNINITIALIZED) {
					audioTrack.stop();
					audioTrack.release();
			   }			   
		    }catch (Exception ex) {
				   ex.printStackTrace();
		    } catch (Throwable t) {
				   t.printStackTrace();
		    }		    
		    audioTrack = null;
		    mFFdec.decodeDeInit();
		}
	}

2 OpenSL ES简介

OpenSL ES(Open Sound Library for Embedded Systems，开源的嵌入式声音库)是一个免授权费、跨平台、C语言编写的适用于嵌入式系统的硬件加速音频库。简单来说，它提供了一些标准化的api，让开发者可以在不同硬件平台上，操作音频设备。包括播放，录制等等。

虽然是C语音，但其采用了面向对象的方式，在开发中，我们使用对象（object）和接口（interface）来开发。

2.1 对象（object）和接口（interface）

对象：提供一组资源极其状态的抽象，例如录音器对象，播放器对象。
接口：对象提供一特定功能方法的抽象，例如播放器对象的播放接口。

也就是说每种对象都提供了一些最基础的操作：Realize，Resume，GetState，Destroy 等等，但是对象不能直接使用，必须通过其 GetInterface 函数用ID号拿到指定接口（如播放器的播放接口），然后通过该接口来访问功能函数。

所有对象在创建后都要调用Realize 进行初始化，释放时需要调用Destroy 进行销毁。

2.2 OpenSL ES 音频播放方法

音频播放场景：
在这里插入图片描述
从该场景图来讲解播放方法：
1、创建OpenSL engine，
2、通过engine创建 AudioPlayer和outputMix
3、指定AudioPlayer的输入为DataSource，输出为outputMix，outputMix是会关联到设备的默认输出。
4、启动播放。

下面详细讲解各个部分

2.2.1 Engine

OpenSL ES 里面最核心的对象，它主要提供如下两个功能：
(1) 管理 Audio Engine 的生命周期。
(2) 提供管理接口: SLEngineItf，该接口可以用来创建所有其他的对象。

使用步骤：
1、创建Engine

SLresult SLAPIENTRY slCreateEngine(
SLObjectItf *pEngine,
SLuint32 numOptions
constSLEngineOption *pEngineOptions,
SLuint32 numInterfaces,
constSLInterfaceID *pInterfaceIds,
constSLboolean *pInterfaceRequired
)

参数说明：

pEngine：指向输出的engine对象的指针。 numOptions：可选配置数组的大小。
pEngineOptions：可选配置数组。 numInterfaces：对象要求支持的接口数目，不包含隐含的接口。
pInterfaceId：对象需要支持的接口id的数组。
pInterfaceRequired：指定每个要求接口的接口是可选或者必须的标志位数组。如果要求的接口没有实现，创建对象会失败并返回错误码SL_RESULT_FEATURE_UNSUPPORTED。

2、创建完engine后就可以通过SL_IID_ENGINE获取管理接口：

//创建对象
SLObjectItf engineObject;
slCreateEngine( &engineObject, 0, nullptr, 0, nullptr, nullptr );
//初始化
(*engineObject)->Realize(engineObject, SL_BOOLEAN_FALSE);
//获取管理接口
static SLEngineItf iengine = NULL;
(*engineObject)->GetInterface(engineObject, SL_IID_ENGINE, &(iengine));

3、然后通过管理接口iengine，就可以继续创建其他需要的对象。

2.2.2 AudioPlayer

音频播放对象，它需要指定输入（DataSource）和输出（DataSink）
Datasource 代表着输入源的信息，即数据从哪儿来、输入的数据参数是怎样的；
DataSink 代表着输出的信息，即数据输出到哪儿、以什么样的参数来输出。

DataSource 的定义如下：

 typedef struct SLDataSource_ {
      void *pLocator;
      void *pFormat; 
} SLDataSource;

DataSink 的定义如下：

 typedef struct SLDataSink_ {
     void *pLocator;
     void *pFormat; 
} SLDataSink;

其中，pLocator 主要有如下几种：

SLDataLocator_Address
SLDataLocator_BufferQueue
SLDataLocator_IODevice
SLDataLocator_MIDIBufferQueue
SLDataLocator_URI

也就是说，输入源/输出源，既可以是 URL，也可以 Device，或者来自于缓冲区队列等等。

那么我们在创建AudioPlayer对象前，还需要先创建输入和输出，输入我们使用一个缓冲队列，输出则使用outputMix输出到默认声音设备。

使用步骤：
1、输入源

	 //输入源为缓冲队列
    SLDataLocator_AndroidSimpleBufferQueue dsLocator = { SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE, 1 };
    // 设置音频格式
    SLDataFormat_PCM outputFormat = { SL_DATAFORMAT_PCM, 2, SL_SAMPLINGRATE_44_1,
                                      SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16, SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16,
                                      SL_SPEAKER_FRONT_LEFT | SL_SPEAKER_FRONT_RIGHT, SL_BYTEORDER_LITTLEENDIAN
                                    };

    // 输入源 
    SLDataSource audioSource = { &dsLocator , &outputFormat };

2、输出源
outputMix对象需要通过CreateOutputMix接口创建，并调用Realize初始化

	static SLObjectItf mix = NULL;
    //创建mix
    (*iengine)->CreateOutputMix(iengine, &mix, 0, NULL, NULL);
    //初始化
    re = (*mix)->Realize(mix, SL_BOOLEAN_FALSE);
    if(re != SL_RESULT_SUCCESS )
    {
        ALOGE("mix Realize error!");
        return false;
    }
    //输出源为mix
    SLDataLocator_OutputMix outmix = {SL_DATALOCATOR_OUTPUTMIX, mix};
    SLDataSink audioSink = {&outmix,NULL};

3、创建AudioPlayer并初始化
AudioPlayer对象需要通过CreateAudioPlayer接口创建，并调用Realize初始化

	static SLObjectItf player = NULL;
	const SLInterfaceID  outputInterfaces[1] = { SL_IID_BUFFERQUEUE };
	const SLboolean req[] = {SL_BOOLEAN_TRUE};
    //audio player
    (*iengine)->CreateAudioPlayer(iengine, &player, &audioSource, &audioSink, 1, outputInterfaces, req);
    re = (*player)->Realize(player, SL_BOOLEAN_FALSE);
    if(re != SL_RESULT_SUCCESS )
    {
        ALOGE("player Realize error!");
        return false;
    }

4、设置输入队列的回调函数，回调函数在数据不足时会内部调用。然后启动播放即可。
需要通过SL_IID_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE获取队列接口，并RegisterCallback设置回调函数。
需要通过SL_IID_PLAY获取播放接口，并设置为播放状态，同时调用Enqueue给队列压入一帧空数据。
需要注意的是，入队列的数据并非立刻播放，所以不能把这个数据立刻释放，否则会造成丢帧。

    //获取队列接口
    
	static SLPlayItf iplay = NULL;
	static SLAndroidSimpleBufferQueueItf pcmQue = NULL;
    (*player)->GetInterface(player, SL_IID_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE, &pcmQue);
    if(re != SL_RESULT_SUCCESS )
    {
        ALOGE("get pcmQue error!");
        return false;
    }
    
    //设置回调函数，播放队列空调用
    (*pcmQue)->RegisterCallback(pcmQue, PcmCall, this);
    
    //获取player接口
    re = (*player)->GetInterface(play, SL_IID_PLAY, &iplayer);
    if(re != SL_RESULT_SUCCESS )
    {
        ALOGE("get iplayer error!");
        return false;
    }
    //设置为播放状态
    (*iplay)->SetPlayState(iplay, SL_PLAYSTATE_PLAYING);
    //启动队列回调
    (*pcmQue)->Enqueue(pcmQue, "", 1);

当播放队列数据为空时，会调用队列的回调函数，所以需要在回调函数中给队列注入音频数据

static void PcmCall(SLAndroidSimpleBufferQueueItf bf, void *contex)
{
if(pcmQue && (*pcmQue))
    {
        if(aFrame == NULL)
        {
            (*pcmQue)->Enqueue(pcmQue, "", 1);
        }
        else
        {   
            //进队列后并不是直接播放，所以需要一个buf来存，不能释放掉
            memcpy(buf, aFrame->data, aFrame->size);
            (*pcmQue)->Enqueue(pcmQue, buf, aFrame->size);
        }
    }
}

5、播放结束后，需要调用Destroy将各个对象释放。

opensl es参考自：https://www.jianshu.com/p/cccb59466e99