Android Audio System 架构初探：概述

1 Audio系统

1.1 一些基本概念

采样率：

用一堆离散的数字表示真实世界里连续的声音信号，需要对其进行采样，理论基础是奈奎斯特采样定理。采样率的单位是赫兹，就是说一秒有多少个采样，一般数字音频的采样率通常为8k~48k，一些hifi系统的采样率可以达到192k。

奈奎斯特采样定理：当对被采样的模拟信号进行还原时，其最高频率只有采样频率的一半。

位深：

一个系统用多少个bit来表示一个采样，就说这个系统的位深为多少。位深代表了采样精度，一般数字音频系统的位深为16bit，一些hifi系统可以达到24bit或32bit（整型或float型）。

编码方式：

用数字描述模拟信号的方式，一般为PCM，即脉冲编码调制。目前几乎所有的系统都是基于这种编码实现的。

有些hifi系统也会用到DSD(Pulse-densitymodulation)编码，信号表现为delta-sigma编码。采样率为2.8224M，但是采样精度是1bit（2.8224M=44.1K*64）。据说此种编码更接近模拟信号，对原声的还原度最高。

比如, DSD二进制表达是这样的:

0101011011110111111111111111111111011111101101101010100100100000010000000000000000000001000010010



声压级：

人体有个很有趣的现象，就是人体的各种感官（听觉，视觉，触觉）的感知和刺激的物理量之间是呈对数关系的。声压级以符号SPL表示，其定义为将待测声压有效值p(e)与参考声压p(ref)的比值取常用对数，再乘以20，即：SPL=20LOG(10)[p(e)/p(ref)]。其单位是分贝（dB）。在系统中，声压级不仅和音量设置有关，还和音源有关。

1.2 系统框图

图表1Audio系统架构



图表1Audio Framework架构
数据流：



录音/播放数据流



Android系统播放数据流
硬件组成

1.3 进程和线程

1.3.1 MediaServer进程

可执行文件/system/bin/mediaserver运行生成的进程，看该可执行文件的main函数。

main_mediaserver.cpp(frameworks\av\media\mediaserver)

int main(int argc __unused,
char**argv)

{

pid_t childPid;

doLog = true;

if (doLog
&& (childPid
=fork())
!= 0)
{

sp<ProcessState>proc(ProcessState::self());

MediaLogService::instantiate();

ProcessState::self()->startThreadPool();

}

else

{

sp<ProcessState>proc(ProcessState::self());

int status =hwservices_get_module("libaudioflinger",
"audioflinger");

if (status!=
0)

{

AudioFlinger::instantiate();

}

MediaPlayerService::instantiate();

AudioPolicyService::instantiate();

SoundTriggerHwService::instantiate();

AudioOmService::instantiate();

CameraService::instantiate();

PostCameraService::instantiate();

registerExtensions();

ProcessState::self()->startThreadPool();

IPCThreadState::self()->joinThreadPool();

}

}

Fork的返回值：On success, the PID of thechild process is returned in the parent, and 0 is returned in the child. Onfailure, -1 is returned in the parent, no child process is created,and errno is set appropriately.wait, waitpid, waitid - wait forprocess to change
state



图表17mediaserver里的线程
这是在播放一首mp3时的截屏。下面逐条分析每个线程：

1. /system/bin/mediaserver，系统解析init.rc时fork出来的主线程，启动进入main_mediaserver.cpp中的main函数。

2. ApmTone，APS启动时创建的线程

3. ApmAudio，APS启动时创建的线程

4. ApmOutput，APS启动时创建的线程

5. Mediaserver，不知

6. AudioOutput_2和AudioOut_3, 使用output 2和3的playbackthread

7. FastMixer， FastMixer线程

8. HwApmCommand，华为定制的AudioPolicyManager命令处理线程

9. AudioTrack，播放mp3的AudioTrack线程

10. TimeEventQueue，AwesomePlayer的异步事件线程

11. Gle.mp3.decoder，创建SoftCompoent时创建的解码线程，进行耗时操作。

12. OMXCallbackDisp, OMX在allocateNode时创建的异步收发消息EMPTY_BUFFER_DONE，FILL_BUFFER_DONE的线程

1.3.2 system_server进程

1. AudioService。

SystemServer添加AudioService到ServiceManager中，在AudioService的构造函数中，创建一个线程AudioSystemThread，名字就叫“AudioService”，它通过handler不停的接收消息。

2. SoundPool

App播放短促频繁的声音时使用的功能。

3. SoundPoolThread