【Android 高性能音频】AAudio 音频流 PCM 采样的采样缓冲播放的连续机制 ( 数据回调机制 | 数据回调函数指针 | 实现数据回调函数

文章目录

I . AAudio 音频流采样缓冲播放的连续机制
II . AAudio 音频流数据回调函数函数指针类型定义
III . AAudio 音频流数据回调函数实现
IV . AAudio 音频流数据回调函数设置

I . AAudio 音频流采样缓冲播放的连续机制

1 . AAudio 音频流的采样缓冲播放流程 : 样本采样完成后 , 存入缓冲区 , 然后将其通过 AAudio 播放出来 , 采样阶段采集 nnn 个样本 , 然后将其放入缓冲区 , 将缓冲区的数据写出到 AAudio 音频流中播放出来 ;

2 . 采样速度高于播放速度 : 如果采样采集多了 , 不能立刻播放 , 此时就会产生延迟 , 并且如果超出缓冲区大小 , 超出部分采样就会溢出 , 造成数据损失 , 样本不连续 , 就会产生电流 ;

3 . 采样速度低于播放速度 : 如果采样少了 , 不能向 AAudio 音频流中写入足够的数据 , 就会造成电流杂音等情况 ;

4 . 数据回调函数引入 : 数据回调函数就是为了解决上述问题 , 引入的机制 ;

5 . 数据回调函数简介 :

① 采样缓冲 : 采样后 , 将采集的样本存入缓冲区 ;
② 播放采样 : 将缓冲区中的样本写入 AAudio 音频流 ;
③ 调用回调函数 : AAudio 音频流如果播放完当前数据 , AAudio 就会自动调用开发者按照规范开发的回调函数申请后续采样数据 ;
④ 回调函数内容 : 开发者自己实现该回调函数 , 在这个函数中实现采样并将采样设置给 AAudio 音频流 , 之后继续播放音频采样 ;

之后如果采样播放完毕 , 继续调用回调函数 ;

下面会着重讲解该数据回调函数的细节

II . AAudio 音频流数据回调函数函数指针类型定义

数据回调函数原型 : AAudio 只定义了一个函数类型 , 该函数的实际内容需要开发者自己开发 , 一般是采样 , 然后设置数据给 AAudio 音频流的操作 ;

typedef aaudio_data_callback_result_t (*AAudioStream_dataCallback)(AAudioStream *stream,void *userData,void *audioData,int32_t numFrames);

① 函数类型 : 该数据回调函数类型如下 , 其返回值是 aaudio_data_callback_result_t 类型 , 四个参数分别如下 ;

aaudio_data_callback_result_t (*)(AAudioStream *stream,void *userData,void *audioData,int32_t numFrames)

② 函数别名 : 使用 typedef 关键字为上述函数指针类型赋予一个类型别名 AAudioStream_dataCallback ;
③ 参数一 AAudioStream *stream : AAudio 音频流指针 ;
④ 参数二 void *userData : 该参数用于传递一些额外数据 , 与 AAudioStreamBuilder_setCallback() 中的第三参数 void *userData 参数指向的地址一致 ;
⑤ 参数三 void *audioData : 指向音频采样数据的指针 , AAudio 会自动将该数据输出或输入到音频流中 ;
⑥ 参数四 int32_t numFrames : 要处理的帧数 , 需要将多少帧的 audioData 指针指向的音频采样数据 , 输入或输出到 AAudio 音频流中 ;

III . AAudio 音频流数据回调函数实现

aaudio_data_callback_result_t (*)(AAudioStream *stream,void *userData,void *audioData,int32_t numFrames)

1 . 数据回调函数设置给 AAudio 音频流 : AAudio 中通过 AAudioStreamBuilder_setDataCallback() 函数 , 将用户自己实现的 AAudioStream_dataCallback 回调函数的函数指针设置给 AAudio 音频流 , 当 AAudio 音频流需要数据时会自动回调该函数 ;

2 . 输出流回调函数实现内容 : 在该函数中需要按照 AAudio 音频流的当前数据格式 ( 通道数/每帧样本数 , 采样率 ) , 采集 numFrames 帧的 PCM 音频样本数据 ( 每帧的采样数与通道数一致 ) , 将这些样本数据写出到 void *audioData 指针指向的内存中 , 之后这些数据会被自动输出到 AAudio 音频流中 ;

3 . 输入流回调函数实现内容 : 在函数中需要从 void *audioData 指针指向的内存中 , 读取 numFrames 帧 ( 每帧的采样数与通道数一致 ) 的采样数据 , 注意需要按照当前的采样格式 ( 通道数/每帧样本数 , 采样率 ) 计算读取的字节大小 ;

4 . 采样数据自动传输 ( 不需要手动干预 ) : 在回调函数中 , 将 numFrames 帧的数据传递给 void *audioData , AAudio 在该回调函数执行完毕后 , 会自动将这些数据读/写到 AAudio 音频流中 , 不需要开发者手动调用 AAudioStream_read() 或 AAudioStream_write() 方法 , 一调用必出错 ;

5 . 每次读写的帧数 int32_t numFrames :

① 固定帧数 : 通过调用 AAudioStreamBuilder_setFramesPerDataCallback() 方法可以设置每次回调都读写固定帧数的音频采样 ;
② 自由帧数 : 如果用户没有指定帧数 , 那么在每次回调函数中的 numFrames 帧数可以由用户自己设置 ;

6 . 不能执行耗时操作 : 在该回调函数中 , 不能执行太耗时的操作或阻塞操作 , 如果阻塞时间超过了采样播放的时间 , 就会造成后续采样无法及时读取或写入到 AAudio 音频流中 , 出现音频故障 ;

7 . 回调函数中不能执行的操作 : 该回调函数的回调频率很高 , 可能达到每秒几百到几千次 , 因此有很多耗时操作或访问本地资源的逻辑不能再该函数中运行 , 尽可能只对内存数据进行操作 ;

① 内存操作 : 使用 malloc() 或 new 分配堆内存 , 极大可能造成内存泄漏或内存溢出 ;
② 文件操作 : 打开 open , 关闭 close , 读取 read , 写出 write 等针对文件的操作 ;
③ 网络操作 : 访问网络操作 , 从网络中读取数据 , 或向远程端口发送数据 ;
④ 同步线程 : 线程间的同步操作会造成阻塞 ;
⑤ 休眠阻塞 : sleep 方法不能执行 , 会造成阻塞 ;
⑥ 关音频流 : 停止或关闭流操作会造成不可预知故障 ;
⑦ 读写操作 : 该函数中不用刻意调用 AAudioStream_read() 和 AAudioStream_write() 方法进行读写操作 ;

8 . 回调函数中可以进行的操作 :

① 调用 AAudioStream_getXXX() 类方法 : 如下图中列举的方法可以直接调用 , 获取 AAudio 音频流的各种属性 ;
② 调用 AAudio_convertResultToText() 方法 : 将返回值转为对应的 ASCII 字符 ;

9 . 非阻塞技术 : 如果需要在回调函数中读取或输出数据 , 建议使用非阻塞技术 , 如 FIFO 技术 ;

IV . AAudio 音频流数据回调函数设置

1 . 数据回调函数设置方法 :

① 函数原型 : 该方法用于设置 AAudio 音频流回调函数 , 当 AAudio 需要读取 / 写出数据时 , 会自动回调该 AAudioStream_dataCallback 类型函数 ;

AAUDIO_API void AAudioStreamBuilder_setDataCallback(AAudioStreamBuilder *builder,AAudioStream_dataCallback callback,void *userData
)

② 参数一 AAudioStreamBuilder *builder : AAudio 音频流指针 ;
③ 参数二 AAudioStream_dataCallback callback : AAudioStream_dataCallback 是函数指针类型 , 开发者自己实现该函数 , 然后将函数的地址当做参数设置到此处 ;

typedef aaudio_data_callback_result_t (*AAudioStream_dataCallback)(AAudioStream *stream,void *userData,void *audioData,int32_t numFrames);

④ 参数三 void *userData : 该指针与 AAudioStream_dataCallback 函数指针类型的第二个参数指向的地址是相同的 , 相当于传入一个用户自定义的指针 , 可以是任意类型任意数据任意变量 ;

2 . 音频数据传递方式 : 在 AAudioStream_dataCallback 函数指针类型的回调函数中 , 音频流的数据不是通过 AAudioStream_read 或 AAudioStream_write 方法进行读写的 , 只要将音频采样数据设置给函数的第三个参数 audioData 指针即可 , 第四个参数 numFrames 用于说明读写数据的帧数 , 每帧的采样数就是采样的通道数 ;

3 . 数据回调函数工作机制 :

① 第一次回调 : 在 AAudio 音频流调用 AAudioStream_requestStart() 方法后 , 会立刻回调该数据回调函数 , 然后第一次读写采样数据到 AAudio 音频流中 ;
② 循环回调 : 当 AAudio 音频流读取或写出数据完毕后 , 会自动回调该数据回调函数 , 在回调函数中准备下一次的采样 , 读写到 AAudio 音频流中 , 之后继续循环 , 直到 AAudio 音频流关闭销毁 ;
③ 实时线程 : AAudio 拥有一个实时线程 , 该数据回调函数就是运行在这个线程上的 ;