android 音频管理：AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager

引言

AudioPolicyService是Android音频系统的两大服务之一，另一个服务是AudioFlinger，这两大服务都在系统启动时有 MediaSever加载，加载的代码位于：frameworks\base\media\mediaserver \main_mediaserver.cpp。AudioFlinger主要负责管理音频数据处理以及和硬件抽象层相关的工作。本文主要介绍 AudioPolicyService。

AudioPolicyService

AudioPolicyService主要完成以下任务：

JAVA应用层通过JNI，经由 IAudioPolicyService接口，访问AudioPolicyService提供的服务
输入输出设备的连接状态
系统的音频策略（strategy）的切换
音量/音频参数的设置

AudioPolicyService的构成

下面这张图描述了AudioPolicyService的静态结构：

进一步说明:

1. AudioPolicyService继承了IAudioPolicyService接口，这样AudioPolicyService就可以基于 Android的Binder机制，向外部提供服务；

2. AudioPolicyService同时也继承了AudioPolicyClientInterface类，他有一个 AudioPolicyInterface类的成员指针mpPolicyManager，实际上就是指向了AudioPolicyManager；

3. AudioPolicyManager类继承了AudioPolicyInterface类以便向AudioPolicyService提供服务，反过来同时还有一个AudioPolicyClientInterface指针，该指针在构造函数中被初始化，指向了AudioPolicyService，实际上，AudioPolicyService是通过成员指针mpPolicyManager访问AudioPolicyManager，而 AudioPolicyManager则通过AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）访问 AudioPolicyService；

4. AudioPolicyService有一个内部线程类AudioCommandThread，顾名思义，所有的命令（音量控制，输入、输出的切换等）最终都会在该线程中排队执行；

AudioPolicyManager

AudioPolicyService的很大一部分管理工作都是在AudioPolicyManager中完成的。包括音量管理，音频策略（strategy）管理，输入输出设备管理。

输入输出设备管理

音频系统为音频设备定义了一个枚举：AudioSystem::audio_devices，例如：DEVICE_OUT_SPEAKER，DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE，DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP，DEVICE_IN_BUILTIN_MIC，DEVICE_IN_VOICE_CALL 等等，每一个枚举值其实对应一个32bit整数的某一个位，所以这些值是可以进行位或操作的，例如我希望同时打开扬声器和耳机，那么可以这样：

newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE；
setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);

newDevice = DEVICE_OUT_SPEAKER | DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE； setOutputDevice(mHardwareOutput, newDevice);

AudioPolicyManager中有两个成员变量：mAvailableOutputDevices和 mAvailableInputDevices，他们记录了当前可用的输入和输出设备，当系统检测到耳机或者蓝牙已连接好时，会调用 AudioPolicyManager的成员函数:

status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device,
AudioSystem::device_connection_state state,
const char *device_address)

status_t AudioPolicyManager::setDeviceConnectionState(AudioSystem::audio_devices device, AudioSystem::device_connection_state state, const char *device_address)

该函数根据传入的device值和 state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）设置 mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然后选择相应的输入或者输出设备。

其他一些相关的函数：

setForceUse() 设置某种场合强制使用某一设备，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)会在播放音乐时打开扬声器
startOutput()/stopOutput()
startInput()/stopInput()

音量管理

AudioPolicyManager提供了一下几个与音量相关的函数：

initStreamVolume(AudioSystem::stream_type stream, int indexMin, int indexMax)
setStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream, int index)
getStreamVolumeIndex(AudioSystem::stream_type stream)

AudioService.java中定义了每一种音频流的最大音量级别：

/** @hide Maximum volume index values for audio streams */
private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] {
5, // STREAM_VOICE_CALL
7, // STREAM_SYSTEM
7, // STREAM_RING
15, // STREAM_MUSIC
7, // STREAM_ALARM
7, // STREAM_NOTIFICATION
15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
7, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
15, // STREAM_DTMF
15 // STREAM_TTS
};

/** @hide Maximum volume index values for audio streams */ private int[] MAX_STREAM_VOLUME = new int[] { 5, // STREAM_VOICE_CALL 7, // STREAM_SYSTEM 7, // STREAM_RING 15, // STREAM_MUSIC 7, // STREAM_ALARM 7, // STREAM_NOTIFICATION 15, // STREAM_BLUETOOTH_SCO 7, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED 15, // STREAM_DTMF 15 // STREAM_TTS };

由此可见，电话铃声可以有7个级别的音量，而音乐则可以有15个音量级别，java的代码通过jni，最后调用 AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把这个数组的内容传入AudioPolicyManager中，这样 AudioPolicyManager也就记住了每一个音频流的音量级别。应用程序可以调用setStreamVolumeIndex设置各个音频流的音量级别，setStreamVolumeIndex会把这个整数的音量级别转化为适合人耳的对数级别，然后通过AudioPolicyService的 AudioCommandThread，最终会将设置应用到AudioFlinger的相应的Track中。

音频策略管理

我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之间的关系：

AudioSystem::stream_type 音频流的类型，一共有10种类型
AudioSystem::audio_devices 音频输入输出设备，每一个bit代表一种设备，见前面的说明
AudioPolicyManager::routing_strategy 音频路由策略，可以有4种策略

getStrategy(stream_type)根据stream type，返回对应的routing strategy值，getDeviceForStrategy()则是根据routing strategy，返回可用的device。Android把10种stream type归纳为4种路由策略，然后根据路由策略决定具体的输出设备。mode也会影响输出设备的选择。

成员变量mOutputs

KeyedVector mOutputs; // list of output descriptors

KeyedVector mOutputs; // list of output descriptors

这是AudioPolocyManager用管理输出的键值对向量（数组），通常AudioPolocyManager会打开3个输出句柄（audio_io_handle_t），它实际上就是AudioFlinger中某个PlaybackTread的ID。这3个句柄分别是：

mHardwareOutput // hardware output handler
mA2dpOutput // A2DP output handler
mDuplicatedOutput // duplicated output handler: outputs to hardware and A2DP

可以通过 startOutput()把某一个stream type放入到相应的输出中。

popCount()

这个函数主要用来计算device变量中有多少个非0位（计算32位数种1的个数），例如该函数返回2，代表同时有两个device要处理。之所以特别介绍它，是因为这个函数的实现很有意思：

uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u)
{
u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555));
u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333));
u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f));
u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff));
u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16);
return u;
}

uint32_t AudioSystem::popCount(uint32_t u) { u = ((u&0x55555555) + ((u>>1)&0x55555555)); u = ((u&0x33333333) + ((u>>2)&0x33333333)); u = ((u&0x0f0f0f0f) + ((u>>4)&0x0f0f0f0f)); u = ((u&0x00ff00ff) + ((u>>8)&0x00ff00ff)); u = ( u&0x0000ffff) + (u>>16); return u; }

不知道各位看懂了么？

AudioCommandThread

这是AudioPolicyService中的一个线程，主要用于处理音频设置相关的命令。包括：

START_TONE
STOP_TONE
SET_VOLUME
SET_PARAMETERS
SET_VOICE_VOLUME

每种命令的参数有相应的包装：

class ToneData
class VolumeData
class ParametersData
class VoiceVolumeData

START_TONE/STOP_TONE：播放电话系统中常用的特殊音调，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。

SET_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行音量设置

SET_VOICE_VOLUME：最终会调用AudioFlinger进行电话音量设置

SET_PARAMETERS：通过一个KeyValuePairs形式的字符串进行参数设置，KeyValuePairs的格式可以这样：

"sampling_rate=44100"
"channels=2"
"sampling_rate=44100;channels=2" // 组合形式

这些KeyValuePairs可以通过AudioPolicyService的成员函数setParameters()传入。

引言