Android Audio Effect 机制初探
- Android AudioEffect
- 前言
- Android AudioEffect框架
- AudioEffect Framework Java框架
- AudioEffect CC
- AudioEffect 的调用关系
- EffectModule
- EffectHandle
- EffectChain
- 如何启动
- Audio Effect 如何实现
Android AudioEffect
前言
支持多媒体是Android设备的一个重要功能,可以想象一台不支持多媒体的设备是何等枯燥。通常意义上的多媒体(Multimedia)通常是指图片、视频、音频、文本等等。这其中对于音频的需求最高。可以通过种种手段来提升音频的体验,总体分为软件和硬件两大类。例如:HiFi耳机、smartPA、音源修复算法、音效算法等等。软件层面,可以大致分为基于音频数据流的处理方式以及基于Android的音效框架的处理方式。基于音频数据流的处理方式比较容易理解,基本原理就是先把数据丢给3rd的库进行处理,接着将处理完成的数据重新写入原有数据流的节点即可。这里主要探讨下基于Android的音效框架的处理方式。
- 通过本文可以有如下的初步了解
- 可以指导修复基于Android原生audido effect架构的音效问题
- 可以知道集成类似audio effect的集成、开发等工作 可以了解Android 原生effect架构
Android AudioEffect框架
AudioEffect Framework Java框架
Framework java层的结构如下图所示。向上层提供了一系列基础的用于控制audio effect的类。需要注意的是,不建议直接使用AudioEffect这个父类;父类只是提供了统一的方法,并不是‘音效’的具体实现。
AudioEffect C/C++
这部分是其主要实现,主要从如下方面入手进行介绍。
AudioEffect 的调用关系
从初始化说起;所有的具体音效的java接口都继承自AudioEffect.java,AudioEffect或调用native_setup 进行初始化。接下来的流程如下图所示,一步步的跟就可以。其中Threads /AudioFilger/AudioSystem用的比较多了,不针对去进行说明了。这里主要针对EffectModule /EffectChain/EffectHandle 这三个类进行一下介绍。EffectChain EffectModule EffectHandle
EffectModule
EffectModule是一个封装类,封装了3rd音效引擎的实现;可以控制类似process()\command(
)通过不同进程的并发调用。保存着一个用于同所有客户端进行同步的EffectHandle
用于处理音效状态、参数更改;EffectModule
同时管控着音效引擎的状态机:重置、使能、以及在状态切换过程中的声音淡入淡出效果。
EffectHandle
EffectHandle
是IEffect
接口的具体实现,他提供了一系列资源来接受参数更新、跟踪效果控制的所有权和状态;并具有一个指向EffectModule
的指针控制着EffectModule
对象。每个应用只能使用一个EffectHandle
来控制。EffectHandle由AudioFlinger::createEffect()
创建。
EffectChain
EffectChain展示了一系列音效同audio session之间的关系;每一个output mixer thread (playbackthread)可以关联任意多个EffectChain
对象。当EffectChain
同ID为0的session关联时,EffectChain
作用于所有的output mix。
EffectChain EffectMode EffectHandle
这三者的关系类似于MVC.当然这里的view说起来可能有些牵强。但可以这么来理解EffectMode就算这里的Model,EffectHandle
就是这里的control,EffectChain就是这里的View。总的来说:EffectChain
代表了一系列音效之前的关系,EffectMode
是所有音效实现的抽象,EffectHandle
是所有音效的操作的抽象。
图1-1 audio effect常见类时序图
从上图看到,我们不仅仅需要将上层的信息应用到音效库中(setParamater),我们还需要感知下层的状态;这里选择了一个统一的函数指针作为信息传递的中介。先来看看签名:
typedef void (*effect_callback_t)(int32_t event,void *user,void *info);
event 代表不同的消息类型,user代表传递给的不同客户端,info代表所携带的信息
图1-2 effectCallback 函数签名
当下层的音效引擎的相关状态发生改变时,由该机制通知客户端。同一音效引擎可以被多个客户端复用,但是在同一时刻只能有一个是处于活动状态。不同的状态取值如event_type
所示:
图1-3 传递event类型
EVENT_CONTROL_STATUS_CHANGE:
当另一客户端尝试使用相同的type、优先级更高的参数创建AudioEffect时,当前客户端会获得effect engine的控制权;对应的另一客户端就丢失了控制权并发出该状态
EVENT_ENABLE_STATUS_CHANGED:
当disable/enable时,所有没有获得effect控制的,或者说不是在激活状态的effect都会收到该状态
EVENT_PARAMETER_CHANGE:
当参数更新时,会收到该状态
EVENT_ERROR:
当media server process dies时会受到该状态
通常情况下,绝大部分APPS是由java语言编写,但通过函数指针的方式我们最多可以将状态从底层的so库传递到JNI层;如何将so库中的状态传递到上层的APPS中,是接下来要讨论的。这里APPS,我们先简单的理解成AudioEffect.java的一个实例,audioEffect_class是AudioEffect.class的引用;audioEffect_ref则是指AudioEffect的一个实例;相关数据结构如下所示:
图1-4 JNI存储java对象数据结构
接下来了解下初始化的过程,很简单获得AudioEffect.class的一个引用,保存AudioEffect的一个实例;然后将保存有AudioEffect.class引用和AudioEffect实例的结构体的地址给AudioEffect的构造函数。如下图所示
图1-5 JNI中保存java对象的初始化
AudioEffect构造函数如下所示:
图1-6 AudioEffect构造函数
如何启动
Audio effect的启动,或者说所有audio effect so的加载是基于audiopolicy services来进行的。当AudioPolicyServices启动之后,会创建一个AudioPolicyEffect对象;在AudioPolicyEffect构造函数中对所有的effect so进行加载。时序图如下图所示
图1-7 audio effect so 加载过程
Audio Effect 如何实现
说到3rd audio effect的实现,必然会考虑到如何对其进行统一的管理,如何将其抽象出统一的接口。接下来参照如下数据结构audio_effect_library_t定义了所有effect的一个统一接口。
// 所有的音效库必须实现一个名为AUDIO_EFFECT_LIBRARY_INFO_SYM的audio_effect_library_t的结构typedef struct audio_effect_library_s { // tag must be initialized to AUDIO_EFFECT_LIBRARY_TAG uint32_t tag; // Version of the effect library APIuint32_t version; // Name of this library const char *name; // Author/owner/implementor of the library const char *implementor; int32_t (*create_effect)(const effect_uuid_t *uuid, int32_t sessionId, int32_t ioId, effect_handle_t *pHandle); int32_t (*release_effect)(effect_handle_t handle); int32_t (*get_descriptor)(const effect_uuid_t *uuid, effect_descriptor_t *pDescriptor);} audio_effect_library_t;
看具体的实例,downmix(frameworks/av/media/libeffects/downmix/)。将create_effect\release_effect\get_descriptor
函数指针具体化。
// This is the only symbol that needs to be exported__attribute__ ((visibility ("default")))audio_effect_library_t AUDIO_EFFECT_LIBRARY_INFO_SYM = { .tag = AUDIO_EFFECT_LIBRARY_TAG, .version = EFFECT_LIBRARY_API_VERSION, .name = "Downmix Library", .implementor = "The Android Open Source Project", .create_effect = DownmixLib_Create, .release_effect = DownmixLib_Release, .get_descriptor = DownmixLib_GetDescriptor,};
audio_buffer_t定义了音效输入输出的数据格式
struct audio_buffer_s { size_t frameCount;// number of frames in buffer union { void* raw;// raw pointer to start of buffer int32_t* s32;// pointer to signed 32 bit data at start of buffer int16_t* s16;// pointer to signed 16 bit data at start of buffer uint8_t* u8; // pointer to unsigned 8 bit data at start of buffer };};
effect_param_t定义了音效之间、系统上下之间的通信协议(数据、格式等等)
// effect_param_s structure describes the format of the pCmdData argument of EFFECT_CMD_SET_PARAM// command and pCmdData and pReplyData of EFFECT_CMD_GET_PARAM command.// psize and vsize represent the actual size of parameter and value.typedef struct effect_param_s {// Transaction status (unused for command, used for reply) int32_t status; uint32_t psize; // Parameter size uint32_t vsize; // Value size char data[]; // Start of Parameter + Value data} effect_param_t;
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