Android音頻開發（3）：如何播放一幀音頻

本文重點關注如何在Android平臺上播放一幀音頻數據。閱讀本文之前，建議先讀一下《Android音頻開發（1）：基礎知識》，因為音頻開發過程中，經常要涉及到這些基礎知識，掌握了這些重要的概念后，開發過程中的很多參數和流程就會更加容易理解。

Android SDK 提供了3套音頻播放的API，分別是：MediaPlayer，SoundPool，AudioTrack，關于它們的區別可以看這篇文章：《Intro to the three Android Audio APIs》，簡單來說，MediaPlayer 更加適合在后臺長時間播放本地音樂文件或者在線的流式資源; SoundPool 則適合播放比較短的音頻片段，比如游戲聲音、按鍵聲、鈴聲片段等等，它可以同時播放多個音頻; 而 AudioTrack 則更接近底層，提供了非常強大的控制能力，支持低延遲播放，適合流媒體和VoIP語音電話等場景。

音頻的開發，更廣泛地應用不僅僅局限于播放本地文件或者音頻片段，因此，本文重點關注如何利AudioTrack API 來播放音頻數據（注意，使用AudioTrack播放的音頻必須是解碼后的PCM數據）。

1. AudioTrack 的工作流程

首先，我們了解一下 AudioTrack 的工作流程：

（1） 配置參數，初始化內部的音頻播放緩沖區

（2） 開始播放

（3） 需要一個線程，不斷地向 AudioTrack 的緩沖區“寫入”音頻數據，注意，這個過程一定要及時，否則就會出現“underrun”的錯誤，該錯誤在音頻開發中比較常見，意味著應用層沒有及時地“送入”音頻數據，導致內部的音頻播放緩沖區為空。

（4） 停止播放，釋放資源

2. AudioTrack 的參數配置

上面是 AudioTrack 的構造函數原型，主要靠構造函數來配置相關的參數，下面一一解釋（再次建議先閱讀一下《Android音頻開發（1）：基礎知識》）：

（1） streamType

這個參數代表著當前應用使用的哪一種音頻管理策略，當系統有多個進程需要播放音頻時，這個管理策略會決定最終的展現效果，該參數的可選的值以常量的形式定義在 AudioManager 類中，主要包括：

STREAM_VOCIE_CALL：電話聲音

STREAM_SYSTEM：系統聲音

STREAM_RING：鈴聲

STREAM_MUSCI：音樂聲

STREAM_ALARM：警告聲

STREAM_NOTIFICATION：通知聲

（2） sampleRateInHz

采樣率，從AudioTrack源碼的“audioParamCheck”函數可以看到，這個采樣率的取值范圍必須在 4000Hz～192000Hz 之間。

（3） channelConfig

通道數的配置，可選的值以常量的形式定義在 AudioFormat 類中，常用的是 CHANNEL_IN_MONO（單通道），CHANNEL_IN_STEREO（雙通道）

（4） audioFormat

這個參數是用來配置“數據位寬”的，可選的值也是以常量的形式定義在 AudioFormat 類中，常用的是 ENCODING_PCM_16BIT（16bit），ENCODING_PCM_8BIT（8bit），注意，前者是可以保證兼容所有Android手機的。

（5） bufferSizeInBytes

這個是最難理解又最重要的一個參數，它配置的是 AudioTrack 內部的音頻緩沖區的大小，該緩沖區的值不能低于一幀“音頻幀”（Frame）的大小，而前一篇文章介紹過，一幀音頻幀的大小計算如下：

int size = 采樣率 x 位寬 x 采樣時間 x 通道數

采樣時間一般取 2.5ms~120ms 之間，由廠商或者具體的應用決定，我們其實可以推斷，每一幀的采樣時間取得越短，產生的延時就應該會越小，當然，碎片化的數據也就會越多。

在Android開發中，AudioTrack 類提供了一個幫助你確定這個 bufferSizeInBytes 的函數，原型如下：

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

不同的廠商的底層實現是不一樣的，但無外乎就是根據上面的計算公式得到一幀的大小，音頻緩沖區的大小則必須是一幀大小的2～N倍，有興趣的朋友可以繼續深入源碼探究探究。

實際開發中，強烈建議由該函數計算出需要傳入的 bufferSizeInBytes，而不是自己手動計算。

（6） mode

AudioTrack 提供了兩種播放模式，一種是 static 方式，一種是 streaming 方式，前者需要一次性將所有的數據都寫入播放緩沖區，簡單高效，通常用于播放鈴聲、系統提醒的音頻片段; 后者則是按照一定的時間間隔不間斷地寫入音頻數據，理論上它可用于任何音頻播放的場景。

可選的值以常量的形式定義在 AudioTrack 類中，一個是 MODE_STATIC，另一個是 MODE_STREAM，根據具體的應用傳入對應的值即可。

4. 示例代碼

我將 AudioTrack 類的接口簡單封裝了一下，提供了一個 AudioPlayer 類，可以到我的Github下載：https://github.com/Jhuster/Android/blob/master/Audio/AudioPlayer.java

這里也貼出來一份：

/*
 *  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. 小結

關于如何在Android平臺使用AudioTrack播放一幀音頻數據就介紹到這兒了，文章中有不清楚的地方歡迎留言或者來信 lujun.hust@gmail.com 交流，或者關注我的新浪微博 @盧_俊 或者 微信公眾號 @Jhuster 獲取最新的文章和資訊。