Android音频开发（3）：如何播放一帧音频

本文重点关注如何在Android平台上播放一帧音频数据。阅读本文之前，建议先读一下《Android音频开发（1）：基础知识》，因为音频开发过程中，经常要涉及到这些基础知识，掌握了这些重要的概念后，开发过程中的很多参数和流程就会更加容易理解。

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Android SDK 提供了3套音频播放的API，分别是：MediaPlayer，SoundPool，AudioTrack，关于它们的区别可以看这篇文章：《Intro to the three Android Audio APIs》，简单来说，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。

音频的开发，更广泛地应用不仅仅局限于播放本地文件或者音频片段，因此，本文重点关注如何利AudioTrack API 来播放音频数据（注意，使用AudioTrack播放的音频必须是解码后的PCM数据）。

1. AudioTrack 的工作流程

首先，我们了解一下 AudioTrack 的工作流程：

（1） 配置参数，初始化内部的音频播放缓冲区

（2） 开始播放

（3） 需要一个线程，不断地向 AudioTrack 的缓冲区“写入”音频数据，注意，这个过程一定要及时，否则就会出现“underrun”的错误，该错误在音频开发中比较常见，意味着应用层没有及时地“送入”音频数据，导致内部的音频播放缓冲区为空。

（4） 停止播放，释放资源

2. AudioTrack 的参数配置

上面是 AudioTrack 的构造函数原型，主要靠构造函数来配置相关的参数，下面一一解释（再次建议先阅读一下《Android音频开发（1）：基础知识》）：

（1） streamType

这个参数代表着当前应用使用的哪一种音频管理策略，当系统有多个进程需要播放音频时，这个管理策略会决定最终的展现效果，该参数的可选的值以常量的形式定义在 AudioManager 类中，主要包括：

STREAM_VOCIE_CALL：电话声音

STREAM_SYSTEM：系统声音

STREAM_RING：铃声

STREAM_MUSCI：音乐声

STREAM_ALARM：警告声

STREAM_NOTIFICATION：通知声

（2） sampleRateInHz

采样率，从AudioTrack源码的“audioParamCheck”函数可以看到，这个采样率的取值范围必须在 4000Hz～192000Hz 之间。

（3） channelConfig

通道数的配置，可选的值以常量的形式定义在 AudioFormat 类中，常用的是 CHANNEL_IN_MONO（单通道），CHANNEL_IN_STEREO（双通道）

（4） audioFormat

这个参数是用来配置“数据位宽”的，可选的值也是以常量的形式定义在 AudioFormat 类中，常用的是 ENCODING_PCM_16BIT（16bit），ENCODING_PCM_8BIT（8bit），注意，前者是可以保证兼容所有Android手机的。

（5） bufferSizeInBytes

这个是最难理解又最重要的一个参数，它配置的是 AudioTrack 内部的音频缓冲区的大小，该缓冲区的值不能低于一帧“音频帧”（Frame）的大小，而前一篇文章介绍过，一帧音频帧的大小计算如下：

int size = 采样率 x 位宽 x 采样时间 x 通道数

采样时间一般取 2.5ms~120ms 之间，由厂商或者具体的应用决定，我们其实可以推断，每一帧的采样时间取得越短，产生的延时就应该会越小，当然，碎片化的数据也就会越多。

在Android开发中，AudioTrack 类提供了一个帮助你确定这个 bufferSizeInBytes 的函数，原型如下：

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

不同的厂商的底层实现是不一样的，但无外乎就是根据上面的计算公式得到一帧的大小，音频缓冲区的大小则必须是一帧大小的2～N倍，有兴趣的朋友可以继续深入源码探究探究。

实际开发中，强烈建议由该函数计算出需要传入的 bufferSizeInBytes，而不是自己手动计算。

（6） mode

AudioTrack 提供了两种播放模式，一种是 static 方式，一种是 streaming 方式，前者需要一次性将所有的数据都写入播放缓冲区，简单高效，通常用于播放铃声、系统提醒的音频片段; 后者则是按照一定的时间间隔不间断地写入音频数据，理论上它可用于任何音频播放的场景。

可选的值以常量的形式定义在 AudioTrack 类中，一个是 MODE_STATIC，另一个是 MODE_STREAM，根据具体的应用传入对应的值即可。

4. 示例代码

我将 AudioTrack 类的接口简单封装了一下，提供了一个 AudioPlayer 类，可以到我的Github下载：https://github.com/Jhuster/Android/blob/master/Audio/AudioPlayer.java

这里也贴出来一份：

/*
 *  COPYRIGHT NOTICE  
 *  Copyright (C) 2016, Jhuster 
 *  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. 小结

关于如何在Android平台使用AudioTrack播放一帧音频数据就介绍到这儿了，文章中有不清楚的地方欢迎留言或者来信 lujun.hust@gmail.com 交流，或者关注我的新浪微博 @卢_俊 或者 微信公众号 @Jhuster 获取最新的文章和资讯。