android audio 音量设置分析

本文详细解析了Android系统中音量调整的两种实现方式:软件混音调整PCM数据及控制DAC硬件增益。介绍了AudioFlinger组件如何通过PlaybackThread和DirectOutputThread进行音量设置,并深入到HAL层和内核层的实现细节。

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 转载自:http://blog.youkuaiyun.com/wan8180192/article/details/50705882

 audiod 中经常遇到的场景是音量调整与输出设备的切换,下面两篇文章 针对这两个场景分别分析一下
1,音量调整场景
android 音量调整,可以使用两种方式: 
软件mixer的时候修改PCM data  
控制DAC硬件的增益

第一种情况,如果是多路mix的情况,就是MixerThread进行软件mixer,然后在mixer计算的时候来缩放PCM data,
首先,JNI层调用了AudioFlinger::setStreamVolume。

  1. status_t AudioFlinger::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value,  
  2.         audio_io_handle_t output)  
  3. {  
  4.     AutoMutex lock(mLock);  
  5.     PlaybackThread *thread = NULL;  
  6.     if (output) {  
  7.         thread = checkPlaybackThread_l(output);  //获得对应的PlaybackThread  
  8.         if (thread == NULL) {  
  9.             return BAD_VALUE;  
  10.         }  
  11.     }  
  12.     if (thread == NULL) {  
  13.         for (size_t i = 0; i < mPlaybackThreads.size(); i++) {  
  14.             mPlaybackThreads.valueAt(i)->setStreamVolume(stream, value);  
  15.         }  
  16.     } else {  
  17.         thread->setStreamVolume(stream, value);  //继续向下层设置  
  18.     }  
  19.     return NO_ERROR;  
  20. }  
status_t AudioFlinger::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value,
        audio_io_handle_t output)
{
    AutoMutex lock(mLock);
    PlaybackThread *thread = NULL;
    if (output) {
        thread = checkPlaybackThread_l(output);  //获得对应的PlaybackThread
        if (thread == NULL) {
            return BAD_VALUE;
        }
    }
    if (thread == NULL) {
        for (size_t i = 0; i < mPlaybackThreads.size(); i++) {
            mPlaybackThreads.valueAt(i)->setStreamVolume(stream, value);
        }
    } else {
        thread->setStreamVolume(stream, value);  //继续向下层设置
    }
    return NO_ERROR;
}
可以看到,最终是调用了PlaybackThread::setStreamVolume来继续设置音量
  1. void AudioFlinger::PlaybackThread::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value)  
  2. {  
  3.     Mutex::Autolock _l(mLock);  
  4.     mStreamTypes[stream].volume = value;//把音量数据存起来  
  5.     broadcast_l();  
  6. }  
void AudioFlinger::PlaybackThread::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value)
{
    Mutex::Autolock _l(mLock);
    mStreamTypes[stream].volume = value;//把音量数据存起来
    broadcast_l();
}
  1. AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_state AudioFlinger::MixerThread::prepareTracks_l()  
  2. {  
  3.                 float typeVolume = mStreamTypes[track->streamType()].volume;  //取出暂存的音量数据  
  4.                 float v = masterVolume * typeVolume;  
  5.                 AudioTrackServerProxy *proxy = track->mAudioTrackServerProxy;  
  6.                 uint32_t vlr = proxy->getVolumeLR();  
  7.                 vl = vlr & 0xFFFF;  
  8.                 vr = vlr >> 16;  
  9.                 vl = (uint32_t)(v * vl) << 12;  
  10.                 vr = (uint32_t)(v * vr) << 12;  
  11.             mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME0, (void *)vl);  //设置给audioMixer  
  12.             mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME1, (void *)vr);  
  13. }  
AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_state AudioFlinger::MixerThread::prepareTracks_l()
{
                float typeVolume = mStreamTypes[track->streamType()].volume;  //取出暂存的音量数据
                float v = masterVolume * typeVolume;
                AudioTrackServerProxy *proxy = track->mAudioTrackServerProxy;
                uint32_t vlr = proxy->getVolumeLR();
                vl = vlr & 0xFFFF;
                vr = vlr >> 16;
                vl = (uint32_t)(v * vl) << 12;
                vr = (uint32_t)(v * vr) << 12;
            mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME0, (void *)vl);  //设置给audioMixer
            mAudioMixer->setParameter(name, param, AudioMixer::VOLUME1, (void *)vr);
}
可以看到上述函数把参数设置到了audioMixer里面,在audioMixer章节里面,
我们介绍过在audioMixer的实际操作函数是track__16BitsStereo这种函数,
对track__16BitsStereo的分析中,我们可以看到根据音量对PCM data进行实际的缩放
不再继续赘述了。

对于第二种方式,控制DAC硬件的增益,主要用在了DirectOutputThread,中,因为DirectOutputThread只有一路音频,直接写入HAL层,直接写入硬件的,
所以需要直接调用硬件DAC芯片的控制接口来调整音量。
其主要流程如下:
和mixerThread的流程一样,上层在调用了AudioFlinger::setStreamVolume之后,会调用prepareTracks_l函数
  1. AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_state AudioFlinger::DirectOutputThread::prepareTracks_l(  
  2.     Vector< sp<Track> > *tracksToRemove  
  3. )  
  4. {  
  5.             // compute volume for this track  
  6.             processVolume_l(track, last);  
  7. }  
AudioFlinger::PlaybackThread::mixer_state AudioFlinger::DirectOutputThread::prepareTracks_l(
    Vector< sp<Track> > *tracksToRemove
)
{
            // compute volume for this track
            processVolume_l(track, last);
}
AT章节中,我们提到过prepareTracks_l函数,其中会调用processVolume_l来处理音量
  1. void AudioFlinger::DirectOutputThread::processVolume_l(Track *track, bool lastTrack)  
  2. {  
  3.     audio_track_cblk_t* cblk = track->cblk();  
  4.     float left, right;  
  5.         float typeVolume = mStreamTypes[track->streamType()].volume;  //和mixerThread一样,也是从mStreamTypes里面取出音量数据  
  6.         float v = mMasterVolume * typeVolume;  
  7.         AudioTrackServerProxy *proxy = track->mAudioTrackServerProxy;  
  8.         uint32_t vlr = proxy->getVolumeLR();  
  9.         float v_clamped = v * (vlr & 0xFFFF);  
  10.         if (v_clamped > MAX_GAIN) v_clamped = MAX_GAIN;  
  11.         left = v_clamped/MAX_GAIN;  
  12.         v_clamped = v * (vlr >> 16);  
  13.         if (v_clamped > MAX_GAIN) v_clamped = MAX_GAIN;  
  14.         right = v_clamped/MAX_GAIN;  
  15.     if (lastTrack) {  
  16.         if (left != mLeftVolFloat || right != mRightVolFloat) {  
  17.             mLeftVolFloat = left;  
  18.             mRightVolFloat = right;  
  19.             uint32_t vl = (uint32_t)(left * (1 << 24));  
  20.             uint32_t vr = (uint32_t)(right * (1 << 24));  
  21.             if (mOutput->stream->set_volume) {  
  22.                 mOutput->stream->set_volume(mOutput->stream, left, right);  //向下层设置音量  
  23.             }  
  24.         }  
  25.     }  
  26. }  
void AudioFlinger::DirectOutputThread::processVolume_l(Track *track, bool lastTrack)
{
    audio_track_cblk_t* cblk = track->cblk();
    float left, right;
        float typeVolume = mStreamTypes[track->streamType()].volume;  //和mixerThread一样,也是从mStreamTypes里面取出音量数据
        float v = mMasterVolume * typeVolume;
        AudioTrackServerProxy *proxy = track->mAudioTrackServerProxy;
        uint32_t vlr = proxy->getVolumeLR();
        float v_clamped = v * (vlr & 0xFFFF);
        if (v_clamped > MAX_GAIN) v_clamped = MAX_GAIN;
        left = v_clamped/MAX_GAIN;
        v_clamped = v * (vlr >> 16);
        if (v_clamped > MAX_GAIN) v_clamped = MAX_GAIN;
        right = v_clamped/MAX_GAIN;
    if (lastTrack) {
        if (left != mLeftVolFloat || right != mRightVolFloat) {
            mLeftVolFloat = left;
            mRightVolFloat = right;
            uint32_t vl = (uint32_t)(left * (1 << 24));
            uint32_t vr = (uint32_t)(right * (1 << 24));
            if (mOutput->stream->set_volume) {
                mOutput->stream->set_volume(mOutput->stream, left, right);  //向下层设置音量
            }
        }
    }
}
mOutput->stream->set_volume实际上调用的是 libhardware_legacy中的函数
  1. static int out_set_volume(struct audio_stream_out *stream, float left,  //调用libhardware_legacy中的函数  
  2.                           float right)  
  3. {  
  4.     struct legacy_stream_out *out =  
  5.         reinterpret_cast<struct legacy_stream_out *>(stream);  
  6.     return out->legacy_out->setVolume(left, right);  
  7. }  
static int out_set_volume(struct audio_stream_out *stream, float left,  //调用libhardware_legacy中的函数
                          float right)
{
    struct legacy_stream_out *out =
        reinterpret_cast<struct legacy_stream_out *>(stream);
    return out->legacy_out->setVolume(left, right);
}
然后就进入了HAL层代码,HAL层代码中最终调用了 ioctl(ctl->mixer->fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE, &ev);
写入驱动
由于商业机密,HAL层代码不能贴出来。
到了内核中,则是按照以下调用序列,最终通过IIC总线,将音量控制命令写入了DAC芯片中
  1. ioctl(ctl->mixer->fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE, &ev);  
  2. snd_ctl_elem_write_user  
  3. snd_ctl_elem_write_user  
  4. snd_ctl_elem_write  
  5. wm8523_controls  
  6. snd_soc_put_volsw  
  7. snd_soc_update_bits_locked  
ioctl(ctl->mixer->fd, SNDRV_CTL_IOCTL_ELEM_WRITE, &ev);
snd_ctl_elem_write_user
snd_ctl_elem_write_user
snd_ctl_elem_write
wm8523_controls
snd_soc_put_volsw
snd_soc_update_bits_locked

IIC总线写入命令
关于驱动的流程我们在这里不展开讲,后续会单独讲解

其他系列可参考

http://blog.youkuaiyun.com/WAN8180192/article/category/6103460


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