本文重点关注如何在Android平台上播放一帧音频数据。阅读本文之前,建议先读一下《Android音频开发(1):基础知识》,因为音频开发过程中,经常要涉及到这些基础知识,掌握了这些重要的概念后,开发过程中的很多参数和流程就会更加容易理解。


Android SDK 提供了3套音频播放的API,分别是:MediaPlayer,SoundPool,AudioTrack,关于它们的区别可以看这篇文章:《Intro to the three Android Audio APIs》,简单来说,MediaPlayer 更加适合在后台长时间播放本地音乐文件或者在线的流式资源; SoundPool 则适合播放比较短的音频片段,比如游戏声音、按键声、铃声片段等等,它可以同时播放多个音频; 而 AudioTrack 则更接近底层,提供了非常强大的控制能力,支持低延迟播放,适合流媒体和VoIP语音电话等场景。


音频的开发,更广泛地应用不仅仅局限于播放本地文件或者音频片段,因此,本文重点关注如何利AudioTrack API 来播放音频数据(注意,使用AudioTrack播放的音频必须是解码后的PCM数据)。


1. AudioTrack 的工作流程


首先,我们了解一下 AudioTrack 的工作流程:


(1) 配置参数,初始化内部的音频播放缓冲区

(2) 开始播放

(3) 需要一个线程,不断地向 AudioTrack 的缓冲区“写入”音频数据,注意,这个过程一定要及时,否则就会出现“underrun”的错误,该错误在音频开发中比较常见,意味着应用层没有及时地“送入”音频数据,导致内部的音频播放缓冲区为空。

(4) 停止播放,释放资源


2. AudioTrack 的参数配置


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上面是 AudioTrack 的构造函数原型,主要靠构造函数来配置相关的参数,下面一一解释(再次建议先阅读一下《Android音频开发(1):基础知识》):


(1) streamType


这个参数代表着当前应用使用的哪一种音频管理策略,当系统有多个进程需要播放音频时,这个管理策略会决定最终的展现效果,该参数的可选的值以常量的形式定义在 AudioManager 类中,主要包括:


STREAM_VOCIE_CALL:电话声音

STREAM_SYSTEM:系统声音

STREAM_RING:铃声

STREAM_MUSCI:音乐声

STREAM_ALARM:警告声

STREAM_NOTIFICATION:通知声


(2) sampleRateInHz


采样率,从AudioTrack源码的“audioParamCheck”函数可以看到,这个采样率的取值范围必须在 4000Hz~192000Hz 之间。


(3) channelConfig


通道数的配置,可选的值以常量的形式定义在 AudioFormat 类中,常用的是 CHANNEL_IN_MONO(单通道),CHANNEL_IN_STEREO(双通道)


(4) audioFormat


这个参数是用来配置“数据位宽”的,可选的值也是以常量的形式定义在 AudioFormat 类中,常用的是 ENCODING_PCM_16BIT(16bit),ENCODING_PCM_8BIT(8bit),注意,前者是可以保证兼容所有Android手机的。


(5) bufferSizeInBytes


这个是最难理解又最重要的一个参数,它配置的是 AudioTrack 内部的音频缓冲区的大小,该缓冲区的值不能低于一帧“音频帧”(Frame)的大小,而前一篇文章介绍过,一帧音频帧的大小计算如下:


int size = 采样率 x 位宽 x 采样时间 x 通道数


采样时间一般取 2.5ms~120ms 之间,由厂商或者具体的应用决定,我们其实可以推断,每一帧的采样时间取得越短,产生的延时就应该会越小,当然,碎片化的数据也就会越多。


在Android开发中,AudioTrack 类提供了一个帮助你确定这个 bufferSizeInBytes 的函数,原型如下:


int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat);


不同的厂商的底层实现是不一样的,但无外乎就是根据上面的计算公式得到一帧的大小,音频缓冲区的大小则必须是一帧大小的2~N倍,有兴趣的朋友可以继续深入源码探究探究。


实际开发中,强烈建议由该函数计算出需要传入的 bufferSizeInBytes,而不是自己手动计算。


(6) mode


AudioTrack 提供了两种播放模式,一种是 static 方式,一种是 streaming 方式,前者需要一次性将所有的数据都写入播放缓冲区,简单高效,通常用于播放铃声、系统提醒的音频片段; 后者则是按照一定的时间间隔不间断地写入音频数据,理论上它可用于任何音频播放的场景。


可选的值以常量的形式定义在 AudioTrack 类中,一个是 MODE_STATIC,另一个是 MODE_STREAM,根据具体的应用传入对应的值即可。


4. 示例代码


我将 AudioTrack 类的接口简单封装了一下,提供了一个 AudioPlayer 类,可以到我的Github下载:https://github.com/Jhuster/Android/blob/master/Audio/AudioPlayer.java


这里也贴出来一份:


/*
 *  COPYRIGHT NOTICE  
 *  Copyright (C) 2016, Jhuster <lujun.hust@gmail.com>
 *  https://github.com/Jhuster/Android
 *   
 *  @license under the Apache License, Version 2.0 
 *
 *  @file    AudioPlayer.java
 *  
 *  @version 1.0     
 *  @author  Jhuster
 *  @date    2016/03/13    
 */
package com.jhuster.audiodemo;

import android.util.Log;
import android.media.AudioFormat;
import android.media.AudioManager;
import android.media.AudioTrack;

public class AudioPlayer {
    
    private static final String TAG = "AudioPlayer";

    private static final int DEFAULT_STREAM_TYPE = AudioManager.STREAM_MUSIC;
    private static final int DEFAULT_SAMPLE_RATE = 44100;
    private static final int DEFAULT_CHANNEL_CONFIG = AudioFormat.CHANNEL_IN_STEREO;
    private static final int DEFAULT_AUDIO_FORMAT = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
    private static final int DEFAULT_PLAY_MODE = AudioTrack.MODE_STREAM;
            
    private boolean mIsPlayStarted = false;
    private int mMinBufferSize = 0;
    private AudioTrack mAudioTrack;  
    
    public boolean startPlayer() {
        return startPlayer(DEFAULT_STREAM_TYPE,DEFAULT_SAMPLE_RATE,DEFAULT_CHANNEL_CONFIG,DEFAULT_AUDIO_FORMAT);
    }
    
    public boolean startPlayer(int streamType, int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat) {
        
        if (mIsPlayStarted) {
            Log.e(TAG, "Player already started !");
            return false;
        }
        
        mMinBufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat);
        if (mMinBufferSize == AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE) {
            Log.e(TAG, "Invalid parameter !");
            return false;
        }
        Log.d(TAG , "getMinBufferSize = "+mMinBufferSize+" bytes !");
        
        mAudioTrack = new AudioTrack(streamType,sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat,mMinBufferSize,DEFAULT_PLAY_MODE);
        if (mAudioTrack.getState() == AudioTrack.STATE_UNINITIALIZED) {
            Log.e(TAG, "AudioTrack initialize fail !");
            return false;
        }            
        
        mIsPlayStarted = true;
        
        Log.d(TAG, "Start audio player success !");
        
        return true;
    }
    
    public int getMinBufferSize() {
        return mMinBufferSize;
    }
    
    public void stopPlayer() {
        
        if (!mIsPlayStarted) {
            return;
        }
        
        if (mAudioTrack.getPlayState() == AudioTrack.PLAYSTATE_PLAYING) {
            mAudioTrack.stop();                        
        }
        
        mAudioTrack.release();
        mIsPlayStarted = false;
           
        Log.d(TAG, "Stop audio player success !");
    }
    
    public boolean play(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes) {
        
        if (!mIsPlayStarted) {
            Log.e(TAG, "Player not started !");
            return false;
        }
        
        if (sizeInBytes < mMinBufferSize) {
            Log.e(TAG, "audio data is not enough !");
            return false;
        }
        
        if (mAudioTrack.write(audioData,offsetInBytes,sizeInBytes) != sizeInBytes) {                
            Log.e(TAG, "Could not write all the samples to the audio device !");
        }                                   
                                                   
        mAudioTrack.play();
        
        Log.d(TAG , "OK, Played "+sizeInBytes+" bytes !");
        
        return true;
    }
}


5. 小结


关于如何在Android平台使用AudioTrack播放一帧音频数据就介绍到这儿了,文章中有不清楚的地方欢迎留言或者来信 lujun.hust@gmail.com 交流,或者关注我的新浪微博 @卢_俊 或者 微信公众号 @Jhuster 获取最新的文章和资讯。

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