Android音频播放AudioTrack详解-技术圈

PS: 鸿蒙2.0还是可以的，期待。

前面几篇文章介绍了MediaCodec、MediaMuxer、AudioRecord等音视频相关知识，这些都是 Android 音视频开发中必须掌握的，相关文章链接如下：

如何正确编译ijkplayer
音视频开发基础知识
音频帧、视频帧及其同步
Camera2、MediaCodec录制mp4
MediaCodec详解
音频基础知识
AudioRecord采集音频数据及合成

Android 中常用的播放音频的接口有MediaPlayer、AudioTrack和SoundPool，音频的渲染最常用的是AudioTrack和OpenSL ES ，下面将介绍下AudioTrack相关知识，主要内容如下：

AudioTrack介绍
AudioTrack的创建
AudioTrack音频数据写入
AudioTrack生命周期
AudioTrack的使用

AudioTrack介绍

AudioTrack用来点播放原始 pcm格式的音频数据，AudioTrack有两种播放模式：

MODE_STATIC：这种模式会将音频数据一次写入音频缓冲区，适合处理内存少及尽可能小的延迟播放的短声音场景，如播放的游戏音效、铃声、系统提示音等，此时这种模式开销最小。
MODE_STREAM：这种模式会不断的写入音频数据，适用于需要不断接受音频数据的场景，这种模式主要是由于某些音频数据持续时间长、或者音频特性（高采样率、更高位深等）导致不能一次性写入内存而出现的，正常播放 PCM原始音频数据就选择这种模式。

与MediaPlayer相比较，MediaPlayer可以播放不同类型、不同格式的声音文件，会在底层创建与之对应的音频解码器，而AudioTrack只接收PCM原始音频数据，MediaPlayer在底层还是会创建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。

AudioTrack的创建

AudioTrack的创建使用如下方式：

// Android5.0开始
AudioTrack(
    attributes: AudioAttributes!, 
    format: AudioFormat!, 
    bufferSizeInBytes: Int, 
    mode: Int, 
    sessionId: Int)

上面构造方法对应的参数含义如下：

attributes：表示音频流信息的属性集合，自从 Android5.0 开始使用AudioAttributes来取代流类型的设置，可以比流类型设置传达更多信息，常用来设置音频的用途、音频的内容等。
format：表示AudioTrack 接受的音频格式，对于线性 PCM来说，反应每个样本大小（8、16、32位）及表现形式（整型、浮点型），音频格式定义在AudioFormat中，常见的音频数据格式中只有AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT可以保证在所有的设备上正常使用，像AudioFormat.ENCODING_PCM_8BIT不能保证在所有设备上正常使用。
bufferSizeInBytes：表示音频数据缓冲区的大小，单位是字节，其大小一般是音频帧大小的非零倍数，如果播放模式是MODE_STATIC,则缓冲区大小是本次播放的音频的大小，如果播放模式是MODE_STREAM，则缓冲区大小不能小于最小缓冲区大小，也就是不能小于getMinBufferSize返回的大小。
mode：表示播放模式，AudioTrack提供了MODE_STATIC和MODE_STREAM两种方式，MODE_STATIC会将音频资源一次性写入音频缓冲区，适用于铃声、系统提示音等延时小、音频资源内存占用少的场景，，MODE_STREAM则适用于需要不断通过write方法写入数据的场景，相较MODE_STATIC会有一定延时，但是可以持续不断的接收音频数据。
sessionId：音频会话 Id，这里使用AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE有底层音频框架自己生成sessionId。

AudioTrack音频数据写入

无论是流模式(STREAM_MODE)还是静态缓冲模式(STATIC_MODE)模式，都需通过write方式写入音频数据来进行播放，主要的write方式如下：

// AudioTrack构造函数中指定的格式应为AudioFormat#ENCODING_PCM_8BIT
open fun write(audioData: ByteArray, offsetInBytes: Int, sizeInBytes: Int): Int
// AudioTrack构造函数中指定的格式应为AudioFormat#ENCODING_PCM_16BIT 
open fun write(audioData: ShortArray, offsetInShorts: Int, sizeInShorts: Int): Int
// AudioTrack构造函数中指定的格式应为AudioFormat#ENCODING_PCM_FLOAT
open fun write(audioData: FloatArray, offsetInFloats: Int, sizeInFloats: Int, writeMode: Int): Int

写入音频数据的返回值大于等于 0，读取音频数据常见异常如下：

ERROR_INVALID_OPERATION：表示AudioTrack 未初始化。
ERROR_BAD_VALUE：表示参数无效。
ERROR_DEAD_OBJECT：表示已经传输了一些音频数据的情况下不返回错误码，将在下次 write返回处返回错误码。

这个跟AudioRecord中的 read 函数有点类似，具体细节查看官方文档。

AudioTrack生命周期

AudioTrack的生命周期主要是STATE_UNINITIALIZED、STATE_INITIALIZED和STATE_NO_STATIC_DATA，其中STATE_INITIALIZED对应STREAM_MODE，STATE_NO_STATIC_DATA对应STATIC_MODE，至于播放状态不怎么重要，如下图所示：

AudioTrack的使用

AudioTrack的使用主要就是从PCM文件中读取数据，然后将读取到的音频写入AudioTrack进行播放，其关键代码如下：

// 初始化AudioTrack
private fun initAudioTrack() {
    bufferSize = AudioTrack
        .getMinBufferSize(SAMPLE_RATE, CHANNEL_CONFIG, AUDIO_FORMAT)
    attributes = AudioAttributes.Builder()
        .setUsage(AudioAttributes.USAGE_MEDIA) // 设置音频的用途
        .setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_MUSIC) // 设置音频的内容类型
        .build()
    audioFormat = AudioFormat.Builder()
        .setSampleRate(SAMPLE_RATE)
        .setChannelMask(AudioFormat.CHANNEL_OUT_MONO)
        .setEncoding(AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT)
        .build()
    audioTrack = AudioTrack(
        attributes, audioFormat, bufferSize,
        AudioTrack.MODE_STREAM, AudioManager.AUDIO_SESSION_ID_GENERATE
    )
}
// AudioTrack写入音频数据
private fun writeAudioData(){
    scope.launch(Dispatchers.IO){
        val pcmFile = File(pcmFilePath)
        val ins = FileInputStream(pcmFile)
        val bytes = ByteArray(bufferSize)
        var len: Int
        while (ins.read(bytes).also { len = it } > 0){
            audioTrack.write(bytes, 0, len)
        }
        audioTrack.stop()
    }
}
// 开始播放
private fun start(){
    audioTrack.play()
    writeAudioData()
}

AudioTrack的使用基本如上，AudioTrack播放音频的相关代码可以在回复关键字【audiotrack】关键字获取，案例中用到的本地PCM文件可以回复关键字【pcm】获取。