Android音频系统

最近在做UAC的项目，大概就是接收内核UAC的事件，也就是声音相关事件。然后就是pcm_read和AudioTrackr->write之间互传。感觉略微有点奇怪，所以简单总结一下。

1 UAC的简要流程

open_netlink_socket 打开内核窗口，类似于ioctl。

recvfrom 接收数据。

UAC_CAP_START 处理开始播放事件。
   host_to_device
       tracker_data_thread 播放线程。
           pcm_read->(AudioTrackr->write)
       pcm_open
       pcm_read
       pcm_close

UAC_CAP_STOP 处理停止播放事件。

UAC_PLAY_START 处理开始录音事件。
   device_to_host
       recorder_data_thread
           (AudioRecord->read)<-pcm_write
       pcm_open
       pcm_write
       pcm_close

UAC_PLAY_STOP 处理停止录音事件。

2 安卓音频系统

https://source.android.com/docs/core/audio?hl=zh-cn

关于UAC的内容，居然也有说：

https://source.android.com/docs/core/audio/usb?hl=zh-cn

不过下面这两个图我觉得直观一丢丢。

下面这个都包浆了。。。

大致就是几层：

1 Java App层，这一层封装最完善，但是只有最常规的操作，给开发app的帅哥做傻瓜式操作的。使用android.media.MediaPlayer。

2 Framework层，这一层可以使用AudioTracker和AudioRecorder，这一层接口比较底层一点，提供的功能比较多。可以实现实时处理和一些特效。Java和C++都可以用。下面还有个AudioFlinger，是用来做混音的。也是上下层的分隔。所以绕过Framework层，直接用HAL的接口，可能就有问题。

3 HAL接口。有HIDL和AIDL的，这一层理论上可以用，但是貌似比较少，起码我们公司的大神都不在这层搞事。

4 ALSA接口，这一层是标准Linux的，花样也是非常多。

3 App接口

没啥好说的，这部分我也不是太熟悉，直接怼media.MediaPlayer即可。代码说明一切吧。

package com.example.audioplayer;

import android.media.MediaPlayer;
import android.os.Bundle;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private MediaPlayer mediaPlayer;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        Button playButton = findViewById(R.id.play_button);
        Button stopButton = findViewById(R.id.stop_button);

        // 播放本地音频文件
        mediaPlayer = MediaPlayer.create(this, R.raw.example_audio);

        // 如果你想播放网络音频流，可以使用下面的代码
        // mediaPlayer = new MediaPlayer();
        // try {
        //     mediaPlayer.setDataSource("http://your-audio-url.com/audio.mp3");
        //     mediaPlayer.prepare(); // 同步准备，可能会阻塞主线程，建议使用异步准备
        // } catch (IOException e) {
        //     e.printStackTrace();
        // }

        playButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                if (mediaPlayer != null && !mediaPlayer.isPlaying()) {
                    mediaPlayer.start();
                }
            }
        });

        stopButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                if (mediaPlayer != null && mediaPlayer.isPlaying()) {
                    mediaPlayer.stop();
                    // 重新准备MediaPlayer
                    mediaPlayer.prepareAsync();
                }
            }
        });
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        if (mediaPlayer != null) {
            mediaPlayer.release();
            mediaPlayer = null;
        }
    }
}

4 AudioTracker和AudioRecorder

我这次项目用的就是这两个，其实还是挺简单，看个例子就够了。。。

#include <android/media/AudioTrack.h>
 
// 假设audioBuffer是一个已经加载好的音频数据的short数组
short audioBuffer[]; // 音频数据填充到这个数组中
int bufferSize = audioTrack->frameCount() * audioTrack->channelCount(); // 计算缓冲区大小
 
// 创建一个AudioTrack实例
auto audioTrack = new android::media::AudioTrack(
    android::media::AudioTrack::STREAM_MUSIC, // 音频流类型
    44100, // 采样率44.1kHz
    android::media::AudioTrack::CHANNEL_OUT_STEREO, // 立体声输出
    android::media::AudioTrack::TRANSFER_MODE_STATIC, // 静态模式
    bufferSize, // 缓冲区大小
    android::media::AudioTrack::MODE_STATIC // 静态播放模式
);
 
// 开始播放音频
audioTrack->start();
 
// 写入数据到AudioTrack缓冲区
audioTrack->write(audioBuffer, bufferSize);
 
// 播放完毕，暂停并释放资源
audioTrack->stop();
delete audioTrack;

5 HAL

这部分位于vendor，上面的是位于system，所以还是区别很大。如果要在vendor搞事情，还是要用这个部分。

定义是在这个地方：https://android.googlesource.com/platform/hardware/interfaces/+/refs/heads/master/audio/

但是比较疑惑的一点是单位有大神说直接调用Hal，会碰坏系统。。。存疑中。。。

用的话直接用hardware/audio.h就可以。

#include <jni.h>
#include <string>
#include <android/log.h>
#include <hardware/hardware.h>
#include <hardware/audio.h>

#define LOG_TAG "NativeAudio"
#define LOGD(...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, LOG_TAG, __VA_ARGS__)

extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_example_audioplayer_MainActivity_nativeInitAudio(JNIEnv *env, jobject thiz) {
    LOGD("Initializing Audio HAL");

    hw_module_t *module = nullptr;
    hw_device_t *device = nullptr;

    // Load the audio hardware module
    if (hw_get_module(AUDIO_HARDWARE_MODULE_ID, (const hw_module_t **)&module) == 0) {
        LOGD("Audio module loaded");

        // Open the audio hardware device
        if (module->methods->open(module, AUDIO_HARDWARE_INTERFACE, &device) == 0) {
            LOGD("Audio device opened");

            audio_hw_device_t *audioDevice = (audio_hw_device_t *)device;
            if (audioDevice && audioDevice->init_check(audioDevice) == 0) {
                LOGD("Audio device initialized");

                // Set up and start playback using audio_stream_out
                audio_stream_out_t *streamOut = nullptr;
                audioDevice->open_output_stream(audioDevice, 0, AUDIO_DEVICE_OUT_SPEAKER,
                                                AUDIO_OUTPUT_FLAG_NONE, nullptr, &streamOut, nullptr);

                if (streamOut) {
                    LOGD("Audio stream out opened");

                    // Simplified example to play a buffer (should use actual audio data)
                    size_t bufferSize = streamOut->common.get_buffer_size(&streamOut->common);
                    uint8_t *buffer = new uint8_t[bufferSize];
                    memset(buffer, 0, bufferSize);  // Fill buffer with silence or actual audio data

                    streamOut->write(streamOut, buffer, bufferSize);

                    delete[] buffer;
                    audioDevice->close_output_stream(audioDevice, streamOut);
                } else {
                    LOGD("Failed to open audio stream out");
                }
            } else {
                LOGD("Audio device initialization failed");
            }

            device->close(device);
        } else {
            LOGD("Failed to open audio device");
        }
    } else {
        LOGD("Failed to load audio module");
    }
}