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使用Android高性能音频--OpenSL ES和AAudio

news 来源：原创 2024/4/28 22:33:57

AAudio的概念介绍:

AAudio 是作为 OpenSL ES 库的轻量级原生 Android 替代项而开发。与 OpenSL ES 相比，AAudio API 不仅较小，而且容易使用。

AAudio 是在 Android O 版本中引入的全新 Android C API。

因此 API 是专为需要低延迟的高性能音频应用而设计。应用通过读取并将数据写入流来与 AAudio 进行通信。

GitHub ：AAudio Android demo地址：

https://github.com/googlesamples/android-audio-high-performance/tree/master/aaudio

使用Android系统底层的OpenSL ES或者AAudio都可以实现一个高性能的音频程序，尤其是AAudio更是简单易用，性能上，功能上都更佳，但是AAudio 是在 Android O 版本中才引入的全新 Android C API，在以前的系统版本中只能使用OpenSL ES。

那么我们需要做的是在新版本系统中使用AAudio
在不支持AAudio的系统版本中使用OpenSL ES，两套 API 同时使用。

不要怕困难，因为这是一个即面向未来，又兼顾现在的优秀方案。不要害怕这有多么困难，Google已经帮我们实现了——Oboe。

Pangu-Immortal (Pangu-Immortal) · GitHubPangu-Immortal has 18 repositories available. Follow their code on GitHub.https://github.com/Pangu-Immortal

OpenSL ES 谷歌使用文档介绍如下：

注意：开发者应考虑使用开源 Oboe 库，这个库可在 GitHub 上获得。Oboe 是一个 C++ 封装容器，提供与 AAudio 非常相似的 API。Oboe 在 AAudio 可用时对其进行调用，并在 AAudio 不可用时回退到 OpenSL ES。

OpenSL ES™ API 规范的 Android 专用实现。利用这个库，不论您是编写合成器、数字音频工作站、卡拉 OK 应用、游戏还是其他实时应用，都可以使用 C 或 C++ 实现高性能、低延迟的音频。

OpenSL ES 与 Android Java 框架中的 MediaPlayer 和 MediaRecorder API 提供类似的音频功能。
OpenSL ES 提供 C 语言接口和 C++ 绑定，让您可以从使用任意一种语言编写的代码中调用 API。

OpenSL ES API 可以帮助您开发和提升应用的音频性能。

如何使用oboe？

官方指导文档在这里，可以通过两种方式使用oboe，这里是把源码拉下来编译到项目。

1. 下载oboe库->https://github.com/google/oboe

Oboe GitHub 主页 : GitHub/Oboe

① 简单使用 : Getting Started

② Oboe 全指南 : Full Guide To Oboe

③ Oboe API 参考 : API reference

④ Android 音频框架发展 : Android audio history

OpenSL 的生命周期如下：

为 OpenSL ES 播放器设置采样率与采样缓冲区参数 :

( 1 ) 在 Java 层获取采样率与采样缓冲区大小 :

if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.JELLY_BEAN_MR1){AudioManager myAudioMgr = (AudioManager) context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);// 获取采样率String sampleRateStr = myAudioMgr.getProperty(AudioManager.PROPERTY_OUTPUT_SAMPLE_RATE);int defaultSampleRate = Integer.parseInt(sampleRateStr);// 获取采样缓冲区String framesPerBurstStr = myAudioMgr.getProperty(AudioManager.PROPERTY_OUTPUT_FRAMES_PER_BUFFER);int defaultFramesPerBurst = Integer.parseInt(framesPerBurstStr);// 调用 Native 方法传入本地层 native_setDefaultStreamValues(defaultSampleRate, defaultFramesPerBurst);
}

( 2 ) 在 C++ 代码中设置 OpenSL ES 的参数 :

JNIEXPORT void JNICALL
Java_com_google_sample_oboe_hellooboe_MainActivity_native_1setDefaultStreamValues(JNIEnv *env,jclass type,jint sampleRate,jint framesPerBurst) {oboe::DefaultStreamValues::SampleRate = (int32_t) sampleRate;oboe::DefaultStreamValues::FramesPerBurst = (int32_t) framesPerBurst;
}

上述的采样率和缓冲区大小是用于设置 Android 设备内置音频设备的 , 如内置扬声器 , 听筒 ;

外置设备 , 如耳机 , 蓝牙音箱需要设置更大的缓冲区 ;

Oboe 音频流

Oboe 的主要作用是在 Android 应用和 Android 设备中的音频输入 / 输出设备之间操作移动音频数据 ;

Android 应用输入 / 输出数据方案 :

通过使用回调函数实现
直接从音频流中读取 / 写出数据

音频数据读写调用 , 可以是阻塞的 ( 同步 ) , 也可以是非阻塞的 ( 异步 ) ;

阻塞 : 调用后 , 阻塞等待回应 , 回应收到后 , 才往下执行 ;
非阻塞 : 调用后 , 不等待回应 , 直接向后执行后续代码 ;

音频流根据如下属性定义 :

音频流方向 : 音频设备作为数据源或流数据接收器 ( 数据目的地 ) ;
共享模式 : 独占模式 / 共享模式 ; 独占模式下音频流独占该设备 , 其它音频流不允许访问该设备 , 性能高 ; 共享模式 , 多个音频流可以同时访问该设备 , 性能低 ;
采样格式 : 音频流数据的采样格式 ;

Oboe 音频设备

音频设备与音频流对应关系 : 每个 Oboe 音频流都需要关联一个单独的音频设备 ; 注意对应关系 , 一个音频设备可以关联多个音频流 , 但是一个音频流只能关联一个音频设备 ;

音频设备作用 : 音频设备是一个硬件接口或者虚拟端口 , 一般作为连续的数字音频数据流的源端或目的端 ; 音频设备作为数据源或流数据接收器 ( 数据目的地 ) ;

音频设备举例 : Android 设备的内置麦克风 , 扬声器 , 电话听筒 , 或外接的耳机 , 蓝牙音箱等 ;

获取音频设备 : Android 6.0 Marshmallow（ API Level 23 ) 及以上的版本 , 可以通过调用 AudioManager 的 getDevices() 方法 , 获取当前的可用音频设备 , 该方法会返回设备的类型和信息 ;

音频设备 ID : 每个音频设备都有一个唯一的 ID 标识 , 使用该标识 , 可以实现将音频流与指定的音频设备进行绑定 ; 多数情况下 , 用户不需要自己设置音频设备 , Oboe 会自动选择主设备 , 推荐让 Oboe 自动选择 , 不要进行手动干预 ;

音频流方向 : 音频设备可以决定该音频流是输入流还是输出流

输入流 : 麦克风 , 采集音频数据 ; 设备 -> 内存 ;
输出流 : 扬声器 , 播放音频数据 ; 内存 -> 设备 ;

打开 Oboe 音频流时 , 系统会检查音频流方向 , 如果你设置的是麦克风 , 但是音频流方向设置成了输出方向 , 那么打开音频流操作就会出错 ;

使用总结：

第一步：导入oboe头文件

第二步：创建builder并设置参数

第三步：设置回调接口

第四步：播放音频

第五步：关闭音频流

下面提供一下Oboe使用实例：

录制器：

 setupCommonStreamParameters(oboe::AudioStreamBuilder *builder) {builder->setAudioApi(mAudioApi)->setSharingMode(oboe::SharingMode::Exclusive)->setPerformanceMode(oboe::PerformanceMode::LowLatency);return builder;setupRecordingStreamParameters(oboe::AudioStreamBuilder *builder ,bool isCallBack) {builder->setCallback(this)->setDirection(oboe::Direction::Input)return setupCommonStreamParameters(builder);oboe::AudioStream *mRecordingStream = nullptr;oboe::AudioStreamBuilder builder;setupRecordingStreamParameters(&builder);oboe::Result result = builder.openStream(&mRecordingStream);if (result == oboe::Result::OK && mRecordingStream) {oboe::Result result = mRecordingStream->requestStart();  //开始录制。}

播放器：

 setupCommonStreamParameters(oboe::AudioStreamBuilder *builder) {builder->setAudioApi(mAudioApi)->setSharingMode(oboe::SharingMode::Exclusive)->setPerformanceMode(oboe::PerformanceMode::LowLatency);return builder;setupPlayStreamParameters(oboe::AudioStreamBuilder *builder ,bool isCallBack) {builder->setCallback(this)->setDirection(oboe::Direction::output)return setupCommonStreamParameters(builder);oboe::AudioStream *mPlayStream = nullptr;oboe::AudioStreamBuilder builder;setupPlayStreamParameters(&builder);oboe::Result result = builder.openStream(&mPlayStream);if (result == oboe::Result::OK && mPlayStream) {oboe::Result result = mPlayStream->requestStart();  //开始播放。}oboe::DataCallbackResult LiveEffectEngine::onAudioReady(oboe::AudioStream *oboeStream, void *audioData, int32_t numFrames) {render(audioData,numFrames); //audioData放入数据即可播放。return oboe::DataCallbackResult::Continue;}