一、AudioTrack 基本使用

AudioTrack 类可以完成Android平台上音频数据的输出任务。AudioTrack有两种数据加载模式
（MODE_STREAM和MODE_STATIC），对应的是数据加载模式和音频流类型，对应着两种完全不同的
使用场景。

MODE_STREAM：在这种模式下，通过write一次次把音频数据写到AudioTrack中。这和平时通过write系统调用往文件中写数据类似，但这种工作方式每次都需要把数据从用户提供的Buffer中拷贝到AudioTrack内部的Buffer中，这在一定程度上会使引入延时。为解决这一问题，AudioTrack就引入了第二种模式。
MODE_STATIC：这种模式下，在play之前只需要把所有数据通过一次write调用传递到AudioTrack中的内部缓冲区，后续就不必再传递数据了。这种模式适用于像铃声这种内存占用量较小，延时要求较高的文件。但它也有一个缺点，就是一次write的数据不能太多，否则系统无法分配足够的内存来存储全部数据。

1.1 MODE_STATIC模式

MODE_STATIC模式输出音频的方式如下（注意：如果采用STATIC模式，须先调用write写数据，然后
再调用play。）

先读取音频文件数据：

 private fun readAudioData() {
        GlobalScope.launch(IO) {
            runCatching {
                // 使用上一节录制生成的音频
                val path =
                    Environment.getExternalStorageDirectory().absolutePath + File.separator + "test1.wav"
                val audioFile = File(path)
                val fileSize = audioFile.length()
                ALog.e("xiao", "fileSize: $fileSize")
                val inputStream = audioFile.inputStream()
                val outputStream = ByteArrayOutputStream(fileSize.toInt())
                inputStream.use { input ->
                    outputStream.use { output ->
                        var data: Int
                        while (input.read().also { data = it } != -1) {
                            output.write(data)
                        }
                        ALog.e("xiao", "Got the data")
                        audioData = output.toByteArray()
                    }
                }
            }.onSuccess {
                ALog.e("xiao", "读取音频文件成功")
                withContext(Main) { binding.btnPlay.isEnabled = true }
            }.onFailure {
                ALog.e("xiao readAudioData error", it.message)
                it.printStackTrace()
            }

        }
    }
复制代码

使用AudioTrack的MODE_STATIC模式进行播放

 private fun playAudioByStatic() {
        binding.btnPlay.isEnabled = false
        GlobalScope.launch(IO) {
            runCatching {
                releaseAudioTrack()
                audioTrack = AudioTrack(
                    AudioManager.STREAM_MUSIC, 44100, AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO,
                    AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, audioData!!.size, AudioTrack.MODE_STATIC
                )
                ALog.e("xiao", "Writing audio data...")
                audioTrack?.write(audioData!!, 0, audioData!!.size)
                ALog.e("xiao", "Starting playback")
                audioTrack?.play()
                ALog.e("xiao", "Playing")
            }.onSuccess {
                withContext(Main) {
                    binding.btnPlay.isEnabled = true
                }
            }.onFailure {
                ALog.e("xiao playAudio error", it.message)
                it.printStackTrace()
            }
        }

    }

    private fun releaseAudioTrack() {
        audioTrack?.stop()
        audioTrack?.release()
    }
复制代码

1.2 MODE_STREAM模式

MODE_STREAM 模式输出音频的方式如下：

 private fun playAudioBySteam() {
        releaseAudioTrack()
        GlobalScope.launch(IO) {
            try {
                // 使用上一节录制生成的音频
                val path =
                    Environment.getExternalStorageDirectory().absolutePath + File.separator + "test1.wav"
                val audioFile = File(path)
                val bufferSize = AudioTrack.getMinBufferSize(
                    44100,
                    AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO,
                    AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT
                )
                audioTrack = AudioTrack(
                    AudioManager.STREAM_MUSIC, 44100, AudioFormat.CHANNEL_OUT_STEREO,
                    AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT, bufferSize, AudioTrack.MODE_STREAM
                )
                val buffer = ByteArray(bufferSize)
                val inputStream = DataInputStream(audioFile.inputStream())
                inputStream.use { input ->
                    var readCount = 0
                    while (input.available() > 0) {
                        readCount = input.read(buffer)
                        if (readCount == AudioTrack.ERROR_INVALID_OPERATION || readCount == AudioTrack.ERROR_BAD_VALUE) {
                            continue
                        }
                        if (readCount != 0 && readCount != -1) {
                            audioTrack?.play()
                            audioTrack?.write(buffer, 0, readCount)
                        }
                    }
                }
            } catch (e: Exception) {
                ALog.e("xiao playAudio error", e.message)
                e.printStackTrace()
            }
        }
    }
复制代码

源码地址

二、AudioTrack 详解

2.1 音频流的类型

在AudioTrack构造函数中，会接触到AudioManager.STREAM_MUSIC这个参数。它的含义与Android系
统对音频流的管理和分类有关。

Android将系统的声音分为好几种流类型，下面是几个常见的：

STREAM_ALARM：警告声
STREAM_MUSIC：音乐声，例如music等
STREAM_RING：铃声
STREAM_SYSTEM：系统声音，例如低电提示音，锁屏音等
STREAM_VOCIE_CALL：通话声

注意：上面这些类型的划分和音频数据本身并没有关系。例如MUSIC和RING类型都可以是某首MP3歌
曲。另外，声音流类型的选择没有固定的标准，例如，铃声预览中的铃声可以设置为MUSIC类型。音频
流类型的划分和Audio系统对音频的管理策略有关。

2.2 Buffer分配和Frame的概念

在计算Buffer分配的大小的时候，我们经常用到的一个方法就是：getMinBufferSize。这个函数决定了
应用层分配多大的数据Buffer。

AudioTrack.getMinBufferSize(8000,//每秒8K个采样点
AudioFormat.CHANNEL_CONFIGURATION_STEREO,//双声道
AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT);
复制代码

从AudioTrack.getMinBufferSize开始追溯代码，可以发现在底层的代码中有一个很重要的概念：
Frame（帧）。Frame是一个单位，用来描述数据量的多少。1单位的Frame等于1个采样点的字节数×
声道数（比如PCM16，双声道的1个Frame等于2×2=4字节）。1个采样点只针对一个声道，而实际上可
能会有一或多个声道。由于不能用一个独立的单位来表示全部声道一次采样的数据量，也就引出了
Frame的概念。Frame的大小，就是一个采样点的字节数×声道数。另外，在目前的声卡驱动程序中，其
内部缓冲区也是采用Frame作为单位来分配和管理的。

下面是追溯到的native层的方法：

// minBufCount表示缓冲区的最少个数，它以Frame作为单位
uint32_t minBufCount = afLatency / ((1000 *afFrameCount)/afSamplingRate);
if(minBufCount < 2) minBufCount = 2;//至少要两个缓冲
//计算最小帧个数
uint32_tminFrameCount =
(afFrameCount*sampleRateInHertz*minBufCount)/afSamplingRate;
//下面根据最小的FrameCount计算最小的缓冲大小
intminBuffSize = minFrameCount //计算方法完全符合我们前面关于Frame的介绍
* (audioFormat == javaAudioTrackFields.PCM16 ? 2 : 1)
* nbChannels;
returnminBuffSize;
复制代码

getMinBufSize会综合考虑硬件的情况（诸如是否支持采样率，硬件本身的延迟情况等）后，得出一个
最小缓冲区的大小。一般我们分配的缓冲大小会是它的整数倍。

2.3AudioTrack构造过程

每一个音频流对应着一个AudioTrack类的一个实例，每个AudioTrack会在创建时注册到 AudioFlinger
中，由AudioFlinger把所有的AudioTrack进行混合（Mixer），然后输送到AudioHardware中进行播
放，目前Android同时最多可以创建32个音频流，也就是说，Mixer最多会同时处理32个AudioTrack的
数据流。

三、 AudioTrack 与 MediaPlayer 的对比

播放声音可以用MediaPlayer和AudioTrack，两者都提供了Java API供应用开发者使用。虽然都可以播
放声音，但两者还是有很大的区别的。

3.1 区别

其中最大的区别是MediaPlayer可以播放多种格式的声音文件，例如MP3，AAC，WAV，OGG，MIDI
等。MediaPlayer会在framework层创建对应的音频解码器。而AudioTrack只能播放已经解码的PCM
流，如果对比支持的文件格式的话则是AudioTrack只支持wav格式的音频文件，因为wav格式的音频文
件大部分都是PCM流。AudioTrack不创建解码器，所以只能播放不需要解码的wav文件。

3.2 联系

MediaPlayer在framework层还是会创建AudioTrack，把解码后的PCM数流传递给AudioTrack，
AudioTrack再传递给AudioFlinger进行混音，然后才传递给硬件播放,所以是MediaPlayer包含了
AudioTrack。

3.3 SoundPool

在接触Android音频播放API的时候，发现SoundPool也可以用于播放音频。下面是三者的使用场景：
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。

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THE END

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