一文了解Android中的AudioFlinger

AudioFlinger 是 Android 音频框架中的一个核心组件，负责管理音频流的混合和输出。它是 Android 音频系统服务的一部分，作为音频框架和硬件之间的桥梁，接收应用程序的音频请求、进行混音处理，并最终通过音频硬件输出声音。

下面我们结合 Android 源码深入解析 AudioFlinger 的结构和工作流程。

1. AudioFlinger 介绍

AudioFlinger 是一个通过 Binder 机制实现的系统服务。它运行在 Media Server 进程中，处理来自不同应用程序的音频流，并根据硬件能力进行混音和效果处理，然后将音频输出到设备（如扬声器、耳机等）。AudioFlinger 主要包括以下模块：

• Mixer：用于合并多个音频流。
• Track：代表应用程序的音频流，音频播放的最小单位。
• Output：将音频流输出到物理设备（如扬声器）。
• Effect：用于音频效果处理。

2. AudioFlinger 的结构和主要组件

AudioFlinger 类 和 AudioMixer类

• AudioFlinger 类位于 frameworks/av/services/audioflinger/AudioFlinger.cpp 文件中，是音频服务的核心实现。它通过 Binder 暴露接口，提供给应用程序进行调用。主要负责：

1. 管理音频的输入和输出。
2. 混合多个应用音频流。
3. 应用音频效果（如均衡器、混响等）。
4. 音量管理。

class AudioFlinger : public BnAudioFlinger {
public:
    // 获取音频输出流
    sp openOutput(...);
    
    // 创建一个音轨（Track）
    sp createTrack(...);
    
    // 添加音频效果
    status_t addEffectChain(const sp& chain);

    // ...
};

• AudioMixer类：它位于frameworks/av/services/audioflinger/AudioMixer.cpp中。这个类负责实际的音频混合工作。通过调用process()方法来混合多个音频缓冲区。它内部有一个mState结构体，用于保存混音的状态信息，如音频格式、声道数等参数。

AudioTrack 和 AudioRecord

• AudioTrack：代表应用程序向 AudioFlinger 提供的音频数据，管理音频流的播放。位于应用层的 AudioTrack.java 类和 native 层的 AudioTrack.cpp 中。创建后，AudioTrack 会将音频数据传递给 AudioFlinger。
• AudioRecord：用于音频录制，类似于 AudioTrack，但用于管理输入音频流的数据读取。

PlaybackThread 和 RecordThread

AudioFlinger 通过 PlaybackThread 和 RecordThread 管理音频的播放和录制。这些线程会在特定设备上对音频流进行处理。

• PlaybackThread：负责管理音频的输出流，它的主要任务是从音轨（Track）中提取音频数据、进行混合处理，并发送到硬件设备。
• RecordThread：负责管理音频的输入流，用于从硬件采集音频数据并传递给 AudioRecord。

3. AudioFlinger 的工作流程

3.1 AudioTrack 的创建和绑定

当应用程序创建一个 AudioTrack 并开始播放音频时，AudioFlinger 的 createTrack 函数会被调用：

sp track = audioFlinger->createTrack(...);

createTrack 函数会在 AudioFlinger 中生成一个 Track 对象，并将该对象添加到相应的 PlaybackThread 中。每一个 Track 对象对应一个应用程序音频流，PlaybackThread 负责处理这些音轨的数据。

3.2 音频混合处理

PlaybackThread 会定期从 Track 中读取音频数据，然后将数据混合到一个缓冲区中。PlaybackThread 的 threadLoop 函数是核心循环，负责读取各个音轨的数据，并执行混合操作：

bool PlaybackThread::threadLoop() {
    // 获取每个 Track 的音频数据
    for (size_t i = 0; i < mTracks.size(); i++) {
        sp track = mTracks[i];
        // 读取 Track 的音频数据
        track->getNextBuffer();
    }
    
    // 混合音频流
    mixTracks();
    
    // 输出音频到硬件
    outputToHardware();
    
    return true;
}

在混合阶段，PlaybackThread 会将多个 Track 对象中的数据相加，以形成最终输出的音频数据。

3.3 AudioFlinger 的音效处理

AudioFlinger 支持音效处理，比如均衡、混响等。音效链（EffectChain）可以应用在音频流上。EffectChain 包含一个或多个 Effect 对象，每个对象代表一个音效。PlaybackThread 会在混音后对音频数据应用音效。

void PlaybackThread::applyEffects() {
    for (size_t i = 0; i < mEffectChains.size(); i++) {
        sp chain = mEffectChains[i];
        chain->process();
    }
}

3.4 音频输出到硬件

在所有音轨数据混合并应用效果后，PlaybackThread 会将音频数据写入输出设备。输出设备通过 Audio HAL 实现，将数据传递到硬件进行播放。

void PlaybackThread::outputToHardware() {
    audioHardware->write(mMixBuffer, mixBufferSize);
}

4. 关键流程总结

1. 创建音轨：应用通过 AudioTrack 创建音轨，AudioFlinger 将其添加到 PlaybackThread。
2. 音频混合：PlaybackThread 从每个 Track 读取数据并执行混合操作。
3. 音效处理：EffectChain 对音频进行效果处理。
4. 输出：最终的音频数据通过 Audio HAL 写入硬件进行播放。

5. 与其他组件的关系

• 与应用程序：应用程序通过AudioTrack和AudioFlinger进行交互。AudioTrack作为应用程序端的音频播放接口，会向AudioFlinger请求创建音频轨道和写入音频数据等操作。
• 与音频硬件驱动：AudioFlinger通过AudioHardwareInterface抽象接口与音频硬件驱动交互。不同的音频硬件设备（如不同厂商的声卡、蓝牙耳机等）会有相应的实现类来满足AudioHardwareInterface的接口要求，从而实现音频数据的输出。

6. 总结

AudioFlinger 是 Android 音频框架的核心组件，实现了音频流的管理、混合、音效处理和输出。通过 Binder 服务，它将音频播放和录制的请求从应用层传递到硬件层。AudioFlinger 的实现依赖于多线程模型，通过 PlaybackThread 和 RecordThread 管理音频输入和输出，确保不同应用的音频数据能够被平滑混合并及时输出到硬件设备。

参考

https://source.android.com/docs/automotive/audio?hl=zh-cn
https://blog.csdn.net/weixin_47702410/article/details/123761205