IJKPLAYER源码分析-AudioTrack播放

前言

    AudioTrack是Android SDK所提供的播放PCM音频的技术，与mediacodec类似，IJKPLAYER对此使用的是以native层反射到Java层的播放能力。

    关于AudioTrack的官方文档，请参考AudioTrack官方文档

接口

pipeline

  • IJKFF_Pipeline结构体是对Android和iOS平台video的软硬解以及audio的播放操作的抽象，2端遵循共同的接口规范，包括各自平台的硬解和ffmpeg软解；

    IJKFF_Pipeline结构体定义：

typedef struct IJKFF_Pipeline_Opaque IJKFF_Pipeline_Opaque;
typedef struct IJKFF_Pipeline IJKFF_Pipeline;
struct IJKFF_Pipeline {SDL_Class             *opaque_class;IJKFF_Pipeline_Opaque *opaque;void            (*func_destroy)             (IJKFF_Pipeline *pipeline);IJKFF_Pipenode *(*func_open_video_decoder)  (IJKFF_Pipeline *pipeline, FFPlayer *ffp);SDL_Aout       *(*func_open_audio_output)   (IJKFF_Pipeline *pipeline, FFPlayer *ffp);IJKFF_Pipenode *(*func_init_video_decoder)  (IJKFF_Pipeline *pipeline, FFPlayer *ffp);int           (*func_config_video_decoder)  (IJKFF_Pipeline *pipeline, FFPlayer *ffp);
};
  •  IJKFF_Pipeline_Opaque结构体则是IJKFF_Pipeline结构体相关数据的封装；

    展开IJKFF_Pipeline_Opaque结构体： 

typedef struct IJKFF_Pipeline_Opaque {FFPlayer      *ffp;SDL_mutex     *surface_mutex;jobject        jsurface;volatile bool  is_surface_need_reconfigure;bool         (*mediacodec_select_callback)(void *opaque, ijkmp_mediacodecinfo_context *mcc);void          *mediacodec_select_callback_opaque;SDL_Vout      *weak_vout;float          left_volume;float          right_volume;
} IJKFF_Pipeline_Opaque;

   创建pipeline对象调用链：

Java native_setup() => IjkMediaPlayer_native_setup（）=> ijkmp_android_create() => ffpipeline_create_from_android()

    展开ijkmp_android_create方法：

IjkMediaPlayer *ijkmp_android_create(int(*msg_loop)(void*))
{IjkMediaPlayer *mp = ijkmp_create(msg_loop);if (!mp)goto fail;mp->ffplayer->vout = SDL_VoutAndroid_CreateForAndroidSurface();if (!mp->ffplayer->vout)goto fail;mp->ffplayer->pipeline = ffpipeline_create_from_android(mp->ffplayer);if (!mp->ffplayer->pipeline)goto fail;ffpipeline_set_vout(mp->ffplayer->pipeline, mp->ffplayer->vout);return mp;fail:ijkmp_dec_ref_p(&mp);return NULL;
}

     再展开ffpipeline_create_from_android方法：

IJKFF_Pipeline *ffpipeline_create_from_android(FFPlayer *ffp)
{ALOGD("ffpipeline_create_from_android()\n");IJKFF_Pipeline *pipeline = ffpipeline_alloc(&g_pipeline_class, sizeof(IJKFF_Pipeline_Opaque));if (!pipeline)return pipeline;IJKFF_Pipeline_Opaque *opaque = pipeline->opaque;opaque->ffp                   = ffp;opaque->surface_mutex         = SDL_CreateMutex();opaque->left_volume           = 1.0f;opaque->right_volume          = 1.0f;if (!opaque->surface_mutex) {ALOGE("ffpipeline-android:create SDL_CreateMutex failed\n");goto fail;}pipeline->func_destroy              = func_destroy;pipeline->func_open_video_decoder   = func_open_video_decoder;pipeline->func_open_audio_output    = func_open_audio_output;pipeline->func_init_video_decoder   = func_init_video_decoder;pipeline->func_config_video_decoder = func_config_video_decoder;return pipeline;
fail:ffpipeline_free_p(&pipeline);return NULL;
}

SDL_Aout

  • 该结构体抽象了Android和iOS端对声音硬件的所有操作，2端几乎遵循共同的接口规范；
struct SDL_Aout {SDL_mutex *mutex;double     minimal_latency_seconds;SDL_Class       *opaque_class;SDL_Aout_Opaque *opaque;void (*free_l)(SDL_Aout *vout);int (*open_audio)(SDL_Aout *aout, const SDL_AudioSpec *desired, SDL_AudioSpec *obtained);void (*pause_audio)(SDL_Aout *aout, int pause_on);void (*flush_audio)(SDL_Aout *aout);void (*set_volume)(SDL_Aout *aout, float left, float right);void (*close_audio)(SDL_Aout *aout);double (*func_get_latency_seconds)(SDL_Aout *aout);void   (*func_set_default_latency_seconds)(SDL_Aout *aout, double latency);// optionalvoid   (*func_set_playback_rate)(SDL_Aout *aout, float playbackRate);void   (*func_set_playback_volume)(SDL_Aout *aout, float playbackVolume);int    (*func_get_audio_persecond_callbacks)(SDL_Aout *aout);// Android onlyint    (*func_get_audio_session_id)(SDL_Aout *aout);
};

SDL_Aout_Opaque

  • 该结构体是SDL_Aout结构的内部数据成员，封装了对音频操作相关的参数、数据与mutex和cond等；
typedef struct SDL_Aout_Opaque {SDL_cond *wakeup_cond;SDL_mutex *wakeup_mutex;SDL_AudioSpec spec;SDL_Android_AudioTrack* atrack;uint8_t *buffer;int buffer_size;volatile bool need_flush;volatile bool pause_on;volatile bool abort_request;volatile bool need_set_volume;volatile float left_volume;volatile float right_volume;SDL_Thread *audio_tid;SDL_Thread _audio_tid;int audio_session_id;volatile float speed;volatile bool speed_changed;
} SDL_Aout_Opaque;

创建SDL_Aout

ffp_prepare_async_l() => ffpipeline_open_audio_output() => func_open_audio_output() => SDL_AoutAndroid_CreateForAudioTrack()

    最后，走到此处创建SDL_Aout对象： 

SDL_Aout *SDL_AoutAndroid_CreateForAudioTrack()
{SDL_Aout *aout = SDL_Aout_CreateInternal(sizeof(SDL_Aout_Opaque));if (!aout)return NULL;SDL_Aout_Opaque *opaque = aout->opaque;opaque->wakeup_cond  = SDL_CreateCond();opaque->wakeup_mutex = SDL_CreateMutex();opaque->speed        = 1.0f;aout->opaque_class = &g_audiotrack_class;aout->free_l       = aout_free_l;aout->open_audio   = aout_open_audio;aout->pause_audio  = aout_pause_audio;aout->flush_audio  = aout_flush_audio;aout->set_volume   = aout_set_volume;aout->close_audio  = aout_close_audio;aout->func_get_audio_session_id = aout_get_audio_session_id;aout->func_set_playback_rate    = func_set_playback_rate;return aout;
}

open_audio 

    主要做以下事情：

  •  打开audio，其实是分配一个jobject类型的AudioTrack对象，并把音频源的参数传递给它，后续对AudioTrack的操作均使用该对象；
  • 值得一提的是，IJKPLAYER对音频源的channel和pcm格式以及采样率有限制，比如只允许播放单双通道、16bit或8bit的pcm格式、采样率也必须在4000~48000之间；
  • 保存AudioTrack所能播放的音频参数在is->audio_tgt中，后续音频参数变更重采样之用；
  • 开启audio_thread线程异步处理对AudioTrack的操作；
  • 设置AudioTrack的缺省时延，用于音视频同步时纠正音频的时钟；
    // 设置缺省时延，若有func_set_default_latency_seconds回调则通过回调更新，没有则设置变量minimal_latency_seconds的值SDL_AoutSetDefaultLatencySeconds(ffp->aout, ((double)(2 * spec.size)) / audio_hw_params->bytes_per_sec);

    完整调用链： 

read_thread() => stream_component_open() => audio_open() => SDL_AoutOpenAudio() => aout_open_audio() => aout_open_audio_n()

    我们主要来看看aout_open_audio_n函数：

  • 将音频源的采样参数告知给AudioTrack，分配一个jobject类型的AudioTrack对象，后续对AudioTrack的操作均是由此对象发起；
  • 按getMinBufferSize() * 2分配一个用于缓存PCM数据的buffer，一定大于256byte；
  • 开启一个audio_thread线程，用以异步执行对AudioTrack的操作，诸如setVolume() / pause() / flush() / close_audio() / setPlaybackRate()等；
  • 将audio硬件PCM播放的参数在全局is->audio_tgt变量中，后续参数变更重采样用；
  • 设置播放的初始音量；
static int aout_open_audio_n(JNIEnv *env, SDL_Aout *aout, const SDL_AudioSpec *desired, SDL_AudioSpec *obtained)
{assert(desired);SDL_Aout_Opaque *opaque = aout->opaque;opaque->spec = *desired;// 将pcm采样参数告知audiotrackopaque->atrack = SDL_Android_AudioTrack_new_from_sdl_spec(env, desired);if (!opaque->atrack) {ALOGE("aout_open_audio_n: failed to new AudioTrcak()");return -1;}opaque->buffer_size = SDL_Android_AudioTrack_get_min_buffer_size(opaque->atrack);if (opaque->buffer_size <= 0) {ALOGE("aout_open_audio_n: failed to getMinBufferSize()");SDL_Android_AudioTrack_free(env, opaque->atrack);opaque->atrack = NULL;return -1;}opaque->buffer = malloc(opaque->buffer_size);if (!opaque->buffer) {ALOGE("aout_open_audio_n: failed to allocate buffer");SDL_Android_AudioTrack_free(env, opaque->atrack);opaque->atrack = NULL;return -1;}if (obtained) {SDL_Android_AudioTrack_get_target_spec(opaque->atrack, obtained);SDLTRACE("audio target format fmt:0x%x, channel:0x%x", (int)obtained->format, (int)obtained->channels);}opaque->audio_session_id = SDL_Android_AudioTrack_getAudioSessionId(env, opaque->atrack);ALOGI("audio_session_id = %d\n", opaque->audio_session_id);opaque->pause_on = 1;opaque->abort_request = 0;opaque->audio_tid = SDL_CreateThreadEx(&opaque->_audio_tid, aout_thread, aout, "ff_aout_android");if (!opaque->audio_tid) {ALOGE("aout_open_audio_n: failed to create audio thread");SDL_Android_AudioTrack_free(env, opaque->atrack);opaque->atrack = NULL;return -1;}return 0;
}

     此外，这里介绍一下getMinBufferSize函数：

  • getMinBufferSize会综合考虑硬件情况（诸如是否支持采样率，硬件本身的延迟情况等）后，得出一个最小缓冲区的大小。一般我们分配的缓冲大小会是它的整数倍。 

audio_thread

  • 对Android  SDK的AudioTrack异步执行操作，如pause()/play()/setVolume()/flush()/setSpped()；
  • 通过sdl_audio_callback回调copy固定256byte的PCM数据，然后喂给AudioTrack播放；

执行操作

    所有对AudioTrack的操作，都是在此线程里异步执行：

  • 值得一提的是，若播放器处于pause状态时，该线程会一直条件等待opaque->pause_on非false(也即可播状态)或程序退出，线程空转；
static int aout_thread_n(JNIEnv *env, SDL_Aout *aout)
{SDL_Aout_Opaque *opaque = aout->opaque;SDL_Android_AudioTrack *atrack = opaque->atrack;SDL_AudioCallback audio_cblk = opaque->spec.callback;void *userdata = opaque->spec.userdata;uint8_t *buffer = opaque->buffer;// 单次喂给AudioTrack的PCM的bytes,不宜喂得太少,也不宜太多,单次应能播一会儿,5msint copy_size = 256;assert(atrack);assert(buffer);SDL_SetThreadPriority(SDL_THREAD_PRIORITY_HIGH);if (!opaque->abort_request && !opaque->pause_on)SDL_Android_AudioTrack_play(env, atrack);while (!opaque->abort_request) {SDL_LockMutex(opaque->wakeup_mutex);if (!opaque->abort_request && opaque->pause_on) {SDL_Android_AudioTrack_pause(env, atrack);// 若暂停了，当前线程一直在此条件等待播放while (!opaque->abort_request && opaque->pause_on) {SDL_CondWaitTimeout(opaque->wakeup_cond, opaque->wakeup_mutex, 1000);}if (!opaque->abort_request && !opaque->pause_on) {if (opaque->need_flush) {opaque->need_flush = 0;SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);}SDL_Android_AudioTrack_play(env, atrack);}}if (opaque->need_flush) {opaque->need_flush = 0;SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);}if (opaque->need_set_volume) {opaque->need_set_volume = 0;SDL_Android_AudioTrack_set_volume(env, atrack, opaque->left_volume, opaque->right_volume);}if (opaque->speed_changed) {opaque->speed_changed = 0;SDL_Android_AudioTrack_setSpeed(env, atrack, opaque->speed);}SDL_UnlockMutex(opaque->wakeup_mutex);// copy解码后的pcm数据，每次固定256byteaudio_cblk(userdata, buffer, copy_size);if (opaque->need_flush) {SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);opaque->need_flush = false;}if (opaque->need_flush) {opaque->need_flush = 0;SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);} else {// 将pcm数据喂给AudioTrack播放int written = SDL_Android_AudioTrack_write(env, atrack, buffer, copy_size);if (written != copy_size) {ALOGW("AudioTrack: not all data copied %d/%d", (int)written, (int)copy_size);}}// TODO: 1 if callback return -1 or 0}SDL_Android_AudioTrack_free(env, atrack);return 0;
}

sdl_audio_callback

  • audio_thread通过callback的方式从解码后的音频队列FrameQueue拷贝走固定长度256byte的pcm数据；
/* prepare a new audio buffer */
static void sdl_audio_callback(void *opaque, Uint8 *stream, int len)
{FFPlayer *ffp = opaque;VideoState *is = ffp->is;int audio_size, len1;if (!ffp || !is) {memset(stream, 0, len);return;}ffp->audio_callback_time = av_gettime_relative();if (ffp->pf_playback_rate_changed) {ffp->pf_playback_rate_changed = 0;
#if defined(__ANDROID__)if (!ffp->soundtouch_enable) {SDL_AoutSetPlaybackRate(ffp->aout, ffp->pf_playback_rate);}
#elseSDL_AoutSetPlaybackRate(ffp->aout, ffp->pf_playback_rate);
#endif}if (ffp->pf_playback_volume_changed) {ffp->pf_playback_volume_changed = 0;SDL_AoutSetPlaybackVolume(ffp->aout, ffp->pf_playback_volume);}// 循环是确保copy走len字节的pcm数据while (len > 0) {if (is->audio_buf_index >= is->audio_buf_size) {audio_size = audio_decode_frame(ffp);if (audio_size < 0) {/* if error, just output silence */is->audio_buf = NULL;is->audio_buf_size = SDL_AUDIO_MIN_BUFFER_SIZE / is->audio_tgt.frame_size * is->audio_tgt.frame_size;} else {if (is->show_mode != SHOW_MODE_VIDEO)update_sample_display(is, (int16_t *)is->audio_buf, audio_size);is->audio_buf_size = audio_size;}is->audio_buf_index = 0;}if (is->auddec.pkt_serial != is->audioq.serial) {is->audio_buf_index = is->audio_buf_size;// 静音播放memset(stream, 0, len);// flush掉seek前后的pcm数据SDL_AoutFlushAudio(ffp->aout);break;}len1 = is->audio_buf_size - is->audio_buf_index;if (len1 > len)len1 = len;if (!is->muted && is->audio_buf && is->audio_volume == SDL_MIX_MAXVOLUME)// 在此copy走pcm数据memcpy(stream, (uint8_t *)is->audio_buf + is->audio_buf_index, len1);else {memset(stream, 0, len1);if (!is->muted && is->audio_buf)SDL_MixAudio(stream, (uint8_t *)is->audio_buf + is->audio_buf_index, len1, is->audio_volume);}len -= len1;stream += len1;is->audio_buf_index += len1;}is->audio_write_buf_size = is->audio_buf_size - is->audio_buf_index;/* Let's assume the audio driver that is used by SDL has two periods. */if (!isnan(is->audio_clock)) {// 计算Audio参考时钟时应将硬件里的PCM样本缓存考虑进去(opensl es and audiounit),以及is->audio_write_buf_sizeset_clock_at(&is->audclk, is->audio_clock - (double)(is->audio_write_buf_size) / is->audio_tgt.bytes_per_sec - SDL_AoutGetLatencySeconds(ffp->aout), is->audio_clock_serial, ffp->audio_callback_time / 1000000.0);sync_clock_to_slave(&is->extclk, &is->audclk);}if (!ffp->first_audio_frame_rendered) {ffp->first_audio_frame_rendered = 1;ffp_notify_msg1(ffp, FFP_MSG_AUDIO_RENDERING_START);}if (is->latest_audio_seek_load_serial == is->audio_clock_serial) {int latest_audio_seek_load_serial = __atomic_exchange_n(&(is->latest_audio_seek_load_serial), -1, memory_order_seq_cst);if (latest_audio_seek_load_serial == is->audio_clock_serial) {if (ffp->av_sync_type == AV_SYNC_AUDIO_MASTER) {ffp_notify_msg2(ffp, FFP_MSG_AUDIO_SEEK_RENDERING_START, 1);} else {ffp_notify_msg2(ffp, FFP_MSG_AUDIO_SEEK_RENDERING_START, 0);}}}if (ffp->render_wait_start && !ffp->start_on_prepared && is->pause_req) {while (is->pause_req && !is->abort_request) {SDL_Delay(20);}}
}

喂PCM数据

        ......// 从FrameQueue队列里取走256个byte的pcm数据audio_cblk(userdata, buffer, copy_size);if (opaque->need_flush) {SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);opaque->need_flush = false;}if (opaque->need_flush) {opaque->need_flush = 0;SDL_Android_AudioTrack_flush(env, atrack);} else {// 将从FrameQueue队列里copy过来的pcm数据喂给AudioTrack播放int written = SDL_Android_AudioTrack_write(env, atrack, buffer, copy_size);if (written != copy_size) {ALOGW("AudioTrack: not all data copied %d/%d", (int)written, (int)copy_size);}}......

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