Android智能手机中各种音频场景下的audio data path

Posted 2020-11-01 谈谈音频开发

上一篇文章（Android智能手机上的音频浅析）说本篇将详细讲解android智能手机中各种音频场景下的音频数据流向，现在我们就开始。智能手机中音频的主要场景有音频播放、音频录制、语音通信等。不同场景下的音频数据流向有很大差异，即使是同一场景，在不同的模式下音频数据流向也有所不同。

 

1，音频播放

Android系统audio框架中主要有三种播放模式：low latency playback、deep buffer playback和compressed offload playback。

a)low latency playback:用于按键音、游戏背景音等对时延要求高的声音输出。音频文件是在AP侧解码成PCM数据，然后再经由Audio DSP送给codec芯片播放出来。

b)deep buffer playback:用于音乐等对时延要求不高的声音输出。音频文件是在AP侧解码成PCM数据，如果有音效的话会再对PCM数据处理（android audio framework中有effect音效模块，支持的音效有均衡器、低音增强、环绕声等），然后再经由Audio DSP送给codec芯片播放出来。

c)compressed offload playback:用于音乐等声音输出，但是音频解码部分的工作是在Audio DSP中完成，AP侧只负责把音频码流送到Audo DSP中，送出去后AP侧会进行休眠，Audo DSP中会分配一块较大的buffer去处理此数据，在Audo DSP中进行解码、音效的处理等工作，在Audo DSP解码器处理完数据之前，它会唤醒AP侧去送下一包数据。用这种模式播放音频能有效的降低功耗，是最为推荐的播放音乐的模式。但是在目前的主流的音乐播放APP中用的基本上都是deep buffer的播放模式，比如QQ音乐、网易云音乐和酷狗音乐等。看来系统平台厂商和APP厂商的做法是有差异的。至于哪些格式的音乐用这种模式播放，这需要在audioPolicy中去控制，我做的平台上是MP3(*.mp3)和AAC(*.m4a)用offload模式播放，因为这两种格式最主流。

 

综上low latency 模式和deep buffer模式都是在AP侧解码完后送PCM数据给Audio DSP，故音频数据流向类似，我将放在一起讲，而compressed offload模式是码流送给Audio DSP解码。播放系统音和游戏音用low latency 模式，播放音乐用deep buffer或者compressed offload模式，播放录音用deep buffer模式。接下来我们看看low latency /deep buffer和compressed offload两种模式下的音频数据流向。在音频播放时音频数据只经过AP和audio DSP。

 

1）low latency / deep buffer模式下的音频数据流向

从上图看出，音频文件先在AP上软解码得到PCM后经过AudioTrack/audioFlinger中的Mixer thread(有可能要做音效后处理)/audio HAL/tinyALSA后送给kernel，然后用IPC将PCM送给Audio DSP经重采样混音等后播放出来。由于在AP上已做解码和音效后处理，Audio DSP上就不需要做了。

 

2）compressed offload模式下的音频数据流向

从上图看出，音频码流经过AP上的AudioTrack/audioFlinger中的Offload thread(不需要做音效后处理)/audio HAL/tinyALSA后送给kernel，然后用IPC将码流送给Audio DSP经解码、后处理、重采样、混音等后播放出来。

 

2，音频录制

很多人喜欢把参加的重要会议或者演讲的音频录下来，以便重复听或者他用。下图就是录音时音频数据的流向。同音频播放一样，录音时音频数据也是只经过AP和audio DSP。

从上图看出，codec芯片采集到的PCM数据送给Audio DSP经重采样、前处理后送给AP的kernel，再经由tinyALSA/audio HAL /audioFlinger中的Record thread/audioRecord等后做软编码得到录音码流文件并保持起来。

 

3，语音通信

语音通信就是打电话啦。它同音频播放或者录制不一样，它是双向的，分上行（uplink,把采集到的语音发送给对方）和下行(downlink，把收到的语音播放出来)，而音频播放或者录制是单向的。它音频数据流向也跟音频播放或者录制不一样，只经过audio DSP和CP，下图就是打电话时音频数据的流向。

从上图看出，在上行方向上codec芯片采集到的PCM数据送给Audio DSP经重采样、前处理(AEC/ANS/AGC等)、编码后得到码流，并将码流送给CP，CP处理后经过空口(air interface)送给对方。在下行方向上先从空口收对方送过来的语音数据，并做网络侧处理(jitter buffer等)，然后送给Audio DSP，Audio DSP收到后做解码、后处理(ANS/AGC等)、重采样等，再把PCM数据经DMA/I2S送给codec芯片播放出来。