Android Audio System 之三： AudioPolicyService 和 AudioPolicyManager

引言

    AudioPolicyService是Android音頻系統的兩大服務之一，另一個服務是AudioFlinger，這兩大服務都在系統啟動時有MediaSever加載，加載的代碼位於：frameworks\base\media\mediaserver\main_mediaserver.cpp。AudioFlinger主要負責管理音頻數據處理以及和硬件抽象層相關的工作。本文主要介紹AudioPolicyService。

AudioPolicyService

    AudioPolicyService主要完成以下任務：

• JAVA應用層通過JNI，經由IAudioPolicyService接口，訪問AudioPolicyService提供的服務
• 輸入輸出設備的連接狀態
• 系統的音頻策略（strategy）的切換
• 音量/音頻參數的設置

    AudioPolicyService的構成

    下面這張圖描述了AudioPolicyService的靜態結構：

進一步說明:

1. AudioPolicyService繼承了IAudioPolicyService接口，這樣AudioPolicyService就可以基於Android的Binder機制，向外部提供服務；

2. AudioPolicyService同時也繼承了AudioPolicyClientInterface類，他有一個AudioPolicyInterface類的成員指針mpPolicyManager，實際上就是指向了AudioPolicyManager；

3. AudioPolicyManager類繼承了AudioPolicyInterface類以便向AudioPolicyService提供服務，反過來同時還有一個AudioPolicyClientInterface指針，該指針在構造函數中被初始化，指向了AudioPolicyService，實際上，AudioPolicyService是通過成員指針mpPolicyManager訪問AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager則通過AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）訪問AudioPolicyService；

4. AudioPolicyService有一個內部線程類AudioCommandThread，顧名思義，所有的命令（音量控制，輸入、輸出的切換等）最終都會在該線程中排隊執行；

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，音頻策略（strategy）管理，輸入輸出設備管理。

輸入輸出設備管理

音頻系統為音頻設備定義了一個枚舉：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，每一個枚舉值其實對應一個32bit整數的某一個位，所以這些值是可以進行位或操作的，例如我希望同時打開揚聲器和耳機，那麼可以這樣：

 

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

  

 

 

AudioPolicyManager中有兩個成員變量：mAvailableOutputDevices和mAvailableInputDevices，他們記錄了當前可用的輸入和輸出設備，當系統檢測到耳機或者藍牙已連接好時，會調用AudioPolicyManager的成員函數:

 

 

 

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

該函數根據傳入的device值和state（DEVICE_STATE_AVAILABLE/DEVICE_STATE_UNAVAILABLE）設置mAvailableOutputDevices或者mAvailableInputDevices，然後選擇相應的輸入或者輸出設備。

其他一些相關的函數：

• setForceUse()  設置某種場合強制使用某一設備，例如setForceUse(FOR_MEDIA, FORCE_SPEAKER)會在播放音樂時打開揚聲器
• startOutput()/stopOutput()
• startInput()/stopInput()

音量管理

AudioPolicyManager提供了一下幾個與音量相關的函數：

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

AudioService.java中定義了每一種音頻流的最大音量級別：

 

/** @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  
    }; 

 

 

由此可見，電話鈴聲可以有7個級別的音量，而音樂則可以有15個音量級別，java的代碼通過jni，最後調用AudioPolicyManager的initStreamVolume()，把這個數組的內容傳入AudioPolicyManager中，這樣AudioPolicyManager也就記住了每一個音頻流的音量級別。應用程序可以調用setStreamVolumeIndex設置各個音頻流的音量級別，setStreamVolumeIndex會把這個整數的音量級別轉化為適合人耳的對數級別，然後通過AudioPolicyService的AudioCommandThread，最終會將設置應用到AudioFlinger的相應的Track中。

音頻策略管理

 我想首先要搞清楚stream_type，device，strategy三者之間的關系：

• AudioSystem::stream_type  音頻流的類型，一共有10種類型
• AudioSystem::audio_devices  音頻輸入輸出設備，每一個bit代表一種設備，見前面的說明
• AudioPolicyManager::routing_strategy 音頻路由策略，可以有4種策略

getStrategy(stream_type)根據stream type，返回對應的routing strategy值，getDeviceForStrategy()則是根據routing strategy，返回可用的device。Android把10種stream type歸納為4種路由策略，然後根據路由策略決定具體的輸出設備。

成員變量mOutputs

 

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1. KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs;   // list of output descriptors  

KeyedVector<audio_io_handle_t, AudioOutputDescriptor *> mOutputs; // list of output descriptors

 

這是AudioPolocyManager用管理輸出的鍵值對向量（數組），通常AudioPolocyManager會打開3個輸出句柄（audio_io_handle_t），關於audio_io_handle_t，請參考另一編博客：http://blog.csdn.net/DroidPhone/archive/2010/10/14/5941344.aspx，它實際上就是AudioFlinger中某個PlaybackTread的ID。這3個句柄分別是：

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

可以通過startOutput()把某一個stream type放入到相應的輸出中。

popCount()

這個函數主要用來計算device變量中有多少個非0位（計算32位數種1的個數），例如該函數返回2，代表同時有兩個device要處理。之所以特別介紹它，是因為這個函數的實現很有意思：

 

 

 

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;  
} 

不知道各位看懂了麼？

AudioCommandThread

    這是AudioPolicyService中的一個線程，主要用於處理音頻設置相關的命令。包括：

• START_TONE
• STOP_TONE
• SET_VOLUME
• SET_PARAMETERS
• SET_VOICE_VOLUME

     每種命令的參數有相應的包裝：

• class ToneData
• class VolumeData
• class ParametersData
• class VoiceVolumeData

    START_TONE/STOP_TONE：播放電話系統中常用的特殊音調，例如：TONE_DTMF_0，TONE_SUP_BUSY等等。

    SET_VOLUME：最終會調用AudioFlinger進行音量設置

    SET_VOICE_VOLUME：最終會調用AudioFlinger進行電話音量設置

    SET_PARAMETERS：通過一個KeyValuePairs形式的字符串進行參數設置，KeyValuePairs的格式可以這樣：

•  "sampling_rate=44100"
• "channels=2"
• "sampling_rate=44100;channels=2"     // 組合形式

    這些KeyValuePairs可以通過AudioPolicyService的成員函數setParameters()傳入。