DMA技术与音频数据的存储和播放

基本概念

• 采样率： 每秒采集的采样点次数。如480000HZ， 就是我们常见的48KHZ
• 采样点(Sample)：每一个采样点代表一个时间点的声音幅度值。对于立体声，每个采样点包含了两个声道(左声道，右声道)的数据。
• 帧：一帧就是一个时刻采集的数据，如果音频是立体声则会产生2个采样点，如果是更复杂的比如5.1，则会产生更多的采样点。例如PCM数据是48KHZ，16bit的， 立体声， 则一秒的PCM数据有48KHZ帧。每一帧会有两个采样点， 每个采样点用16bit存储着。
• 声道：对于立体声有两个声道，左声道和右声道。

比如，我们有个PCM数据，是 48KHZ， 立体声， 16bit 。

那么则代表， 这段数据每一秒，将产生48K帧， 每一帧，包含两个声道的数据，每一个声道的数据，用16bit表示。

一帧数据， 是16 X 2 = 32 bit = 4字节。

音频数据每一帧存储规则

上述已经说明了，一帧数据，就是一个采样点上的数据。接下来我们还是以立体声为例子，讲讲一帧的音频数据是怎么存储的。

这一帧数据代表多长时间的音频呢？

其实很简单， 1S/48000 = 21微秒。

所以一帧大约能播放21微秒的时长，非常非常短。

音频帧与帧的存储规则

音频帧与帧的存储规则就相当简单了，就是按照顺序来即可。 只不过每帧的内部，是按照声道来排布的。也就是L1, R1, L2, R2, L3, R3...这种规则来存储。

因为音频的数据存在这种规则，所以在硬件播放这些数据的时候，只需要根据固定的地址间隔来取内存，就很轻松的将左右声道分来来取了。 两者可以做到同时播放。

硬件对于帧数据的播放流程

DMA技术

讲到音频播放，底层是离不开DMA技术的。我们首先讲讲这个DMA技术，这套技术不止用于音频播放。

DMA全称为 Direct Memory Access， 直接内存访问。 是一种硬件技术，允许外部设备，如音视频硬件， 磁盘控制器等，绕过CPU，直接与计算机运行时内存(RAM)进行数据读写。它的核心是解放CPU，避免CPU被频繁的数据搬运占用任务。

Android的音视频播放高度依赖DMA技术，其核心价值在于减轻CPU负载，降低延迟，提升效能。

DMA技术除了用在音视频播放外，还广泛使用于：

• 显卡从内存读取纹理数据
• 硬盘读写大文件
• 网络设备收发数据包
• 摄像头传输图像数据

音频怎么写进去的

Android中音频的写入，依赖DMA技术， AudioTrack会将最终已经处理完的PCM数据，

• 通过调用AudioFlinger的代码来配置内存缓冲区地址，
• 音频外设寄存器地址也配置到DMA中
• 开启循环模式，支持扬声器连续播放。
• 其中，DMA取数据的时候，在用户缓冲区存在双缓冲，来避免播放中断。

用户开发播放器处理的是哪一块

我们开发播放器的时候肯定不会用到这么深的技术，在Android的体系内，最深只要达到AudioFlinger即可。

音频开发中，主要掌握的就是上方环节中，对音频数据的采集，处理， 编码，传输等环节。这些内容几乎涵盖行业内应用层99%的需求。