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Android音频之AAudio

 
  • 2025年 02月05日

Android音频之AAudio

AAudio 是 Android 提供的原生音频 API，专为低延迟、高性能音频应用而设计。自 Android O（8.0）起引入以来，AAudio 逐步取代了 OpenSL ES，成为构建高质量音频应用的首选接口。本文将介绍 AAudio 的基本概念、核心功能、开发入门及调试技巧，并结合 Android NDK 指南和 Android 源码文档进行说明。

1. 概述

AAudio 提供了一个 C 风格的音频 API，允许开发者直接访问底层音频硬件。相比传统的 Java 层音频 API（如 AudioTrack、MediaPlayer），AAudio 在延迟、资源开销和实时性方面有显著优势，非常适合专业音频、音乐制作、语音通信和游戏等场景。

核心特性

  • 🚀 低延迟优先：通过AAUDIO_PERFORMANCE_MODE_LOW_LATENCY模式实现<10ms延迟
  • 🔒 独占模式：AAUDIO_SHARING_MODE_EXCLUSIVE直接访问硬件，但需处理设备占用冲突
  • 📊 智能缓冲：动态调整缓冲区大小，平衡underrun和延迟

2. 核心概念与组件

AAudio 的开发主要围绕以下几个核心组件和概念展开：

2.1 AAudioStream & AAudioStreamBuilder

  • AAudioStream：代表一个音频流，可以用于播放或录制音频数据。通过该流，应用程序可以写入或读取 PCM 数据。
  • AAudioStreamBuilder：用于构建 AAudioStream 的对象，开发者可以通过设置采样率、通道数、音频格式、共享模式（共享或独占）等参数来定制音频流。

2.2 回调机制

  • 流回调 (Stream Callback)：通过注册回调函数，应用可以在音频数据准备就绪时获得通知，从而实现实时音频处理和低延迟播放。回调函数会在独立的线程上运行，确保音频流的连续性。

2.3 模式选择

  • 共享模式 vs 独占模式：
    • 共享模式允许多个应用共享同一个音频硬件资源，适用于一般多媒体播放场景。
    • 独占模式则能提供更低延迟的性能，通常用于实时性要求较高的专业应用。

3. Getting Started

根据 Android NDK 开发指南的说明，使用 AAudio 的基本步骤如下：

  1. 创建 AAudioStreamBuilder
    利用 AAudioStreamBuilder 创建流对象，并设置所需的参数： 
    AAudioStreamBuilder *builder = nullptr;
 aaudio_result_t result = AAudio_createStreamBuilder(&builder);
 if (result != AAUDIO_OK) {
     LOGE("Error creating stream builder: %s", AAudio_convertResultToText(result));
 }
   
AAudioStreamBuilder_setFormat(builder, AAUDIO_FORMAT_PCM_I16);
AAudioStreamBuilder_setChannelCount(builder, 2); // stereo
AAudioStreamBuilder_setSampleRate(builder, 48000); // 48KHz
AAudioStreamBuilder_setErrorCallback(builder, ::errorCallback, this);
AAudioStreamBuilder_setDeviceId(builder, playbackDeviceId_);  // 选择设备 可以通过 Java AudioManager获取设备Id
AAudioStreamBuilder_setDirection(builder, AAUDIO_DIRECTION_OUTPUT);  // 选择 输入 or 输出
AAudioStreamBuilder_setSharingMode(builder, AAUDIO_SHARING_MODE_SHARED);// 设置模式：共享模式或独占模式
// 默认设备Id是 0; AAUDIO_UNSPECIFIED
// 默认方向是输出; AAUDIO_DIRECTION_OUTPUT
// 默认模式是共享模式; AAUDIO_SHARING_MODE_SHARED
  2. 打开音频流
    使用 builder 打开 AAudio 流： 
    AAudioStream* stream = NULL;
AAudioStreamBuilder_openStream(builder, &stream);
  3. 启动播放/录制
    对于播放音频： 
    AAudioStream_requestStart(stream);
// 写入 PCM 数据……
AAudioStream_write(stream, audioBuffer, bufferSize, timeoutNanos);
// 录制
AAudioStream_read(stream, audioBuffer, bufferSize, timeoutNanos);

    对于录制音频，同理调用 AAudioStream_read 获取数据。

  4. 关闭流并清理
    在结束后关闭流并删除： 
    AAudioStream_requestStop(stream);
AAudioStream_close(stream);
AAudioStreamBuilder_delete(builder);
  5. 动态缓冲区调整 
    void optimizeBuffer(AAudioStream* stream) {
   int32_t burstSize = AAudioStream_getFramesPerBurst(stream);
   int32_t currentSize = AAudioStream_getBufferSizeInFrames(stream);
      
   if (AAudioStream_getXRunCount(stream) > 0) {
      AAudioStream_setBufferSize(stream, currentSize + burstSize);
   }
}

4. 数据读写模式对比

模式 特点 适用场景
阻塞写入 保证数据完整性 精确时序控制
非阻塞写入 可能丢失数据 实时性优先
回调模式 自动触发数据请求 流式处理

4.1 回调模式示例

aaudio_data_callback_result_t dataCallback(
    AAudioStream* stream,
    void* userData,
    void* audioData,
    int32_t numFrames) {
    
    // 生成或处理音频数据
    generateSineWave(static_cast<float*>(audioData), numFrames);
    return AAUDIO_CALLBACK_RESULT_CONTINUE;
}

// 设置回调
AAudioStreamBuilder_setDataCallback(builder, dataCallback, nullptr);

5. 其它

相关属性,AAudio根据这两个属性来判断系统是否支持MMap和Legacy.只不过车载音频这两个属性的值一般为1(AAUDIO_POLICY_NEVER)，都不支持MMap和Legacy。

/**
 * Read system property.
 * @return AAUDIO_UNSPECIFIED, AAUDIO_POLICY_NEVER or AAUDIO_POLICY_AUTO or AAUDIO_POLICY_ALWAYS
 */
int32_t AAudioProperty_getMMapPolicy();
#define AAUDIO_PROP_MMAP_POLICY           "aaudio.mmap_policy"

/**
 * Read system property.
 * @return AAUDIO_UNSPECIFIED, AAUDIO_POLICY_NEVER or AAUDIO_POLICY_AUTO or AAUDIO_POLICY_ALWAYS
 */
int32_t AAudioProperty_getMMapExclusivePolicy();
#define AAUDIO_PROP_MMAP_EXCLUSIVE_POLICY "aaudio.mmap_exclusive_policy"

6. 兼容性方案

推荐使用Google的Oboe库：

implementation 'com.google.oboe:oboe:1.7.0'

Oboe特性：

  • 自动选择AAudio/OpenSL ES后端
  • 统一的API接口
  • 内置Glitch消除算法

参考资料

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