Android设备实时音视频传输有效方案

Posted 2021-06-26 冬天的毛毛雨

作者：york.zhou

前言

这篇文章将会按照一般的需求开发流程，从需求、分析、开发，到总结，来给大家讲解***一种“在 android 设备上，播放视频的同时，获取实时音频流”的有效方案***。

需求

在车载产品上，有这样一种需求，比如我把我的Android设备通过usb线连接上车机，这时我希望我在我Android手机上的操作，能同步到车机大屏上进行显示。

现在很多车机基本都是Android系统了，市场上也有类似CarPlay、CarLife这种专门做手机投屏的软件了。不过呢，还有一部分的车子，他们的车机用的是Linux系统，这时如何实现Android设备和linux设备之间的屏幕信息同步呢？

接下来的文章，我们只介绍其中的一种场景，就是我手机播放视频的时候，视频内容和视频的声音，都同步到linux系统的车机上。而且这篇文章，我们只介绍音频同步的内容。

分析

两个设备之间的音频同步，那就是把一个设备中的音频数据同步到另一个设备上，一方做为发送端，另一方做为接收端，发送端不停的发送音频流，接收端接收到音频流，进行实时的播放，即可实现我们想要的效果。

说到设备之间的通信，相信很多同学会想到tcp、udp这些协议了。是的，考虑到tcp协议传输的有序性，而udp是无序的，我们传输的音频数据也是需要有序的，所有音频数据的传输，我们采用tcp协议。

接下来我们再了解下，在Android系统上，声音的播放流程是怎样的？这对我们如何去获取视频播放时候的音频流，很有帮助。

我们先看下关于视频的播放、录音,Android给我们提供了哪些API？

MediaRecorder

接触过Android录像、录音的同学，应该对MediaRecorder 这个API不会感到陌生。是的，在Android系统上，我们可以通过MediaRecorder API来很容易的实现录像、录音功能，下面是关于MediaRecorder 状态图，具体的使用，感兴趣的可以查看Android 官方文档(https://developer.android.google.cn/guide/topics/media/mediarecorder?hl=zh_cn)。

MediaPlayer

另外，用于播放视频的，Android为我们提供了MediaPlayer的接口(https://developer.android.google.cn/guide/topics/media/mediaplayer?hl=en)。

了解了上面的2个API，我们再来看下Android音频系统的框架图。

从上面的音频系统框架图（看画红线的部分），我们可以知道，应用上调用MediaPlayer、MediaRecorder来播放、录音，在framewrok层会调用到AudioTrack.cpp这个文件。

那么回到文章的重点，我们需要在播放视频的时候，把视频的音频流实时的截取出来。那截取音频流的这部分工作，就可以放在AudioTrack.cpp中进行处理。

我们来看下AudioTrack.cpp里面比较重要的方法

ssize_t AudioTrack::write(const void* buffer, size_t userSize, bool blocking) { if (mTransfer != TRANSFER_SYNC) { return INVALID_OPERATION; }
if (isDirect()) {
    AutoMutex lock(mLock);
    int32_t flags = android_atomic_and(
                        ~(CBLK_UNDERRUN | CBLK_LOOP_CYCLE | CBLK_LOOP_FINAL | CBLK_BUFFER_END),
                        &mCblk->mFlags);
    if (flags & CBLK_INVALID) {
        return DEAD_OBJECT;
    }
}

if (ssize_t(userSize) < 0 || (buffer == NULL && userSize != 0)) {
    // Sanity-check: user is most-likely passing an error code, and it would
    // make the return value ambiguous (actualSize vs error).
    ALOGE("AudioTrack::write(buffer=%p, size=%zu (%zd)", buffer, userSize, userSize);
    return BAD_VALUE;
}

size_t written = 0;
Buffer audioBuffer;

while (userSize >= mFrameSize) {
    audioBuffer.frameCount = userSize / mFrameSize;

    status_t err = obtainBuffer(&audioBuffer,
            blocking ? &ClientProxy::kForever : &ClientProxy::kNonBlocking);
    if (err < 0) {
        if (written > 0) {
            break;
        }
        if (err == TIMED_OUT || err == -EINTR) {
            err = WOULD_BLOCK;
        }
        return ssize_t(err);
    }

    size_t toWrite = audioBuffer.size;
    memcpy(audioBuffer.i8, buffer, toWrite);     

    mBuffer = malloc(toWrite);
    memcpy(mBuffer,buffer,toWrite);

    if(mCurrentPlayMusicStream && mSocketHasInit){
       onSocketSendData(toWrite);
     }


    buffer = ((const char *) buffer) + toWrite;
    userSize -= toWrite;
    written += toWrite;

    releaseBuffer(&audioBuffer);
}

if (written > 0) {
    mFramesWritten += written / mFrameSize;
}
return written;

实现

前面分析了一通，我们的方案也比较明朗了，就是在framework层的AudioTrack.cpp文件中，通过socket，把音频流实时的发送出来。

另一个就是接收端，不停的接收发送出来的socket数据，这个socket数据就是实时的pcm流，接收方，在实时播放pcm流，就能实现音频的实时同步了。

关于视频流，是如何实现同步的，大家也可以猜猜？

1）AudioTrack.cpp中的代码实现

#define DEST_PORT 5046
#define DEST_IP_ADDRESS "192.168.7.6"

int mSocket;
bool mSocketHasInit;
bool mCurrentPlayMusicStream;
struct sockaddr_in mRemoteAddr;

   ssize_t AudioTrack::write(const void* buffer, size_t userSize, bool blocking)
{
       ......
        size_t toWrite = audioBuffer.size;
        memcpy(audioBuffer.i8, buffer, toWrite);     

        mBuffer = malloc(toWrite);
        memcpy(mBuffer,buffer,toWrite);
        //我们添加的代码：把音频流实时的发送出去
       if(mCurrentPlayMusicStream && mSocketHasInit){
           onSocketSendData(toWrite);
         }
        ......
}

int AudioTrack::onSocketSendData(uint32_t len){
       assert(NULL != mBuffer);
       assert(-1 != len);

      if(!mSocketHasInit){
          initTcpSocket();
       }

      unsigned int ret = send(mSocket, mBuffer,len, 0);   
      free(mBuffer);
      return 0;
}

2) 接收端的代码处理

(我这里是用的Android设备调试，如果是linux系统，思路是同样的)

接收端的处理逻辑流程图如下：
1、设置socket监听；
2、循环监听socket端口数据；
3、接收到pcm流；
4、播放pcm流；

---------- PlayActivity.java ------------

    private ServerSocket mTcpServerSocket = null;
    private List<Socket> mSocketList = new ArrayList<>();
    private MyTcpListener mTcpListener = null;

    private boolean isAccept = true;

    /**
     * 设置socket监听
     */
    public void startTcpService() {
        Log.v(TAG,"startTcpService();");
        if(mTcpListener == null){
            mTcpListener = new MyTcpListener();
        }

        new Thread() {
            @Override
            public void run() {
                super.run();
                try {
                    mTcpServerSocket = new ServerSocket();
                    mTcpServerSocket.setReuseAddress(true);
                    InetSocketAddress socketAddress = new InetSocketAddress(AndroidBoxProtocol.TCP_AUDIO_STREAM_PORT);
                    mTcpServerSocket.bind(socketAddress);

                    while (isAccept) {
                        Socket socket = mTcpServerSocket.accept();
                        mSocketList.add(socket);

                        //开启新线程接收socket 数据
                        new Thread(new TcpServerThread(socket,mTcpListener)).start();
                    }
                } catch (Exception e) {
                    Log.e("TcpServer", "" + e.toString());
                }
            }
        }.start();
    }

 /**
   * 停止socket监听
  */
 private void stopTcpService(){

        isAccept = false;
        if(mTcpServerSocket != null){
            new Thread() {
                @Override
                public void run() {
                    super.run();
                    try {
                        for(Socket socket:mSocketList) {
                            socket.close();
                        }
                        mTcpServerSocket.close();
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }.start();
        }
    }

    /**
     * 播放pcm 实时流
     * @param buffer
     */
    private void playPcmStream(byte[] buffer) {
        if (mAudioTrack != null && buffer != null) {
            mAudioTrack.play();
            mAudioTrack.write(buffer, 0, buffer.length);
        }
    }

  private Handler mUiHandler = new Handler() {
        @Override
        public void handleMessage(Message msg) {
            super.handleMessage(msg);
            switch (msg.what) {
                case HANDLER_MSG_PLAY_PCM:
                    playPcmStream((byte[]) msg.obj);
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    };

 private class MyTcpListener  implements ITcpSocketListener{
        @Override
        public void onRec(Socket socket, byte[] buffer) {
          sendHandlerMsg(HANDLER_MSG_PLAY_PCM,0,buffer);
        }
    }

总结

刚开始接到这个开发需求，也是思考了良久才想到这个方案。也再次验证了，熟悉了解framework层，可以给我们提供很多实现问题的思路。中间调试的时候，也是遇到了不少的问题。不过欣喜的是结果还不错，最后都给跑通了。

该方案，我在Android 5.0和Android 7.0上都运行测试通过，希望对大家有帮助。

最后

我给大家分享一份我在网上收集整理的 Android 开发和音视频的相关学习文档、面试题、学习笔记等等文档，希望能帮助到大家学习提升，如有需要参考的可以直接去我 CodeChina地址：https://codechina.csdn.net/u012165769/Android-T3 访问查阅。