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Android音频开发（2）：如何采集一帧音频

2017-11-25 523

Android SDK 提供了两套音频采集的API，分别是：MediaRecorder 和 AudioRecord，前者是一个更加上层一点的API，它可以直接把手机麦克风录入的音频数据进行编码压缩（如AMR、MP3等）并存成文件，而后者则更接近底层，能够更加自由灵活地控制，可以得到原始的一帧帧PCM音频数据。


如果想简单地做一个录音机，录制成音频文件，则推荐使用 MediaRecorder，而如果需要对音频做进一步的算法处理、或者采用第三方的编码库进行压缩、以及网络传输等应用，则建议使用 AudioRecord，其实 MediaRecorder 底层也是调用了 AudioRecord 与 Android Framework 层的 AudioFlinger 进行交互的。


音频的开发，更广泛地应用不仅仅局限于本地录音，因此，我们需要重点掌握如何利用更加底层的 AudioRecord API 来采集音频数据（注意，使用它采集到的音频数据是原始的PCM格式，想压缩为mp3,aac等格式的话，还需要专门调用编码器进行编码）。


1. AudioRecord 的工作流程


首先，我们了解一下 AudioRecord 的工作流程：


（1） 配置参数，初始化内部的音频缓冲区

（2） 开始采集

（3） 需要一个线程，不断地从 AudioRecord 的缓冲区将音频数据“读”出来，注意，这个过程一定要及时，否则就会出现“overrun”的错误，该错误在音频开发中比较常见，意味着应用层没有及时地“取走”音频数据，导致内部的音频缓冲区溢出。

（4） 停止采集，释放资源


2. AudioRecord 的参数配置


wKioL1bhXMew-y-lAAFNssMMHH8488.png


上面是 AudioRecord 的构造函数，我们可以发现，它主要是靠构造函数来配置采集参数的，下面我们来一一解释这些参数的含义（建议对照着我的上一篇文章来理解）：


（1） audioSource


该参数指的是音频采集的输入源，可选的值以常量的形式定义在 MediaRecorder.AudioSource 类中，常用的值包括：DEFAULT（默认），VOICE_RECOGNITION（用于语音识别，等同于DEFAULT），MIC（由手机麦克风输入），VOICE_COMMUNICATION（用于VoIP应用）等等。


（2） sampleRateInHz


采样率，注意，目前44100Hz是唯一可以保证兼容所有Android手机的采样率。


（3） channelConfig


通道数的配置，可选的值以常量的形式定义在 AudioFormat 类中，常用的是 CHANNEL_IN_MONO（单通道），CHANNEL_IN_STEREO（双通道）


（4） audioFormat


这个参数是用来配置“数据位宽”的，可选的值也是以常量的形式定义在 AudioFormat 类中，常用的是 ENCODING_PCM_16BIT（16bit），ENCODING_PCM_8BIT（8bit），注意，前者是可以保证兼容所有Android手机的。


（5） bufferSizeInBytes


这个是最难理解又最重要的一个参数，它配置的是 AudioRecord 内部的音频缓冲区的大小，该缓冲区的值不能低于一帧“音频帧”（Frame）的大小，而前一篇文章介绍过，一帧音频帧的大小计算如下：


int size = 采样率 x 位宽 x 采样时间 x 通道数


采样时间一般取 2.5ms~120ms 之间，由厂商或者具体的应用决定，我们其实可以推断，每一帧的采样时间取得越短，产生的延时就应该会越小，当然，碎片化的数据也就会越多。


在Android开发中，AudioRecord 类提供了一个帮助你确定这个 bufferSizeInBytes 的函数，原型如下：


int getMinBufferSize(int sampleRateInHz, int channelConfig, int audioFormat);


不同的厂商的底层实现是不一样的，但无外乎就是根据上面的计算公式得到一帧的大小，音频缓冲区的大小则必须是一帧大小的2～N倍，有兴趣的朋友可以继续深入源码探究探究。


实际开发中，强烈建议由该函数计算出需要传入的 bufferSizeInBytes，而不是自己手动计算。


3. 音频的采集线程


当创建好了 AudioRecord 对象之后，就可以开始进行音频数据的采集了，通过下面两个函数控制采集的开始/停止：


AudioRecord.startRecording();

AudioRecord.stop();


一旦开始采集，必须通过线程循环尽快取走音频，否则系统会出现 overrun，调用的读取数据的接口是：


AudioRecord.read(byte[] audioData, int offsetInBytes, int sizeInBytes);


4. 示例代码


我将 AudioRecord 类的接口简单封装了一下，提供了一个 AudioCapturer 类，可以到我的Github下载：https://github.com/Jhuster/Android/blob/master/Audio/AudioCapturer.java


这里也贴出来一份：


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/*
  *  COPYRIGHT NOTICE  
  *  Copyright (C) 2016, Jhuster <lujun.hust@gmail.com>
  *  https://github.com/Jhuster/Android
  *   
  *  @license under the Apache License, Version 2.0 
  *
  *  @file    AudioCapturer.java
  *  
  *  @version 1.0     
  *  @author  Jhuster
  *  @date    2016/03/10    
  */
import  android.media.AudioFormat;
import  android.media.AudioRecord;
import  android.media.MediaRecorder;
import  android.util.Log;
 
public  class  AudioCapturer {
 
     private  static  final  String TAG =  "AudioCapturer" ;
     
     private  static  final  int  DEFAULT_SOURCE = MediaRecorder.AudioSource.MIC;
     private  static  final  int  DEFAULT_SAMPLE_RATE =  44100 ;
     private  static  final  int  DEFAULT_CHANNEL_CONFIG = AudioFormat.CHANNEL_IN_MONO;
     private  static  final  int  DEFAULT_AUDIO_FORMAT = AudioFormat.ENCODING_PCM_16BIT;
 
     private  AudioRecord mAudioRecord;
     private  int  mMinBufferSize =  0 ;
     
     private  Thread mCaptureThread;  
     private  boolean  mIsCaptureStarted =  false ;
     private  volatile  boolean  mIsLoopExit =  false ;
 
     private  OnAudioFrameCapturedListener mAudioFrameCapturedListener;
 
     public  interface  OnAudioFrameCapturedListener {
         public  void  onAudioFrameCaptured( byte [] audioData);
     }  
 
     public  boolean  isCaptureStarted() {     
         return  mIsCaptureStarted;
     }
 
     public  void  setOnAudioFrameCapturedListener(OnAudioFrameCapturedListener listener) {
         mAudioFrameCapturedListener = listener;
     }
 
     public  boolean  startCapture() {
         return  startCapture(DEFAULT_SOURCE, DEFAULT_SAMPLE_RATE, DEFAULT_CHANNEL_CONFIG,
             DEFAULT_AUDIO_FORMAT);
     }
 
     public  boolean  startCapture( int  audioSource,  int  sampleRateInHz,  int  channelConfig,  int  audioFormat) {
 
         if  (mIsCaptureStarted) {
             Log.e(TAG,  "Capture already started !" );
             return  false ;
         }
     
         mMinBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat);
         if  (mMinBufferSize == AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE) {
             Log.e(TAG,  "Invalid parameter !" );
             return  false ;
         }
         Log.d(TAG ,  "getMinBufferSize = " +mMinBufferSize+ " bytes !" );
         
         mAudioRecord =  new  AudioRecord(audioSource,sampleRateInHz,channelConfig,audioFormat,mMinBufferSize);            
         if  (mAudioRecord.getState() == AudioRecord.STATE_UNINITIALIZED) {
             Log.e(TAG,  "AudioRecord initialize fail !" );
         return  false ;
         }      
 
         mAudioRecord.startRecording();
 
         mIsLoopExit =  false ;
         mCaptureThread =  new  Thread( new  AudioCaptureRunnable());
         mCaptureThread.start();
 
         mIsCaptureStarted =  true ;
 
         Log.d(TAG,  "Start audio capture success !" );
 
         return  true ;
     }
 
     public  void  stopCapture() {
 
         if  (!mIsCaptureStarted) {
             return ;
         }
 
         mIsLoopExit =  true ;      
         try  {
             mCaptureThread.interrupt();
             mCaptureThread.join( 1000 );
         } 
         catch  (InterruptedException e) {    
             e.printStackTrace();
         }
 
         if  (mAudioRecord.getRecordingState() == AudioRecord.RECORDSTATE_RECORDING) {
             mAudioRecord.stop();                       
         }
 
         mAudioRecord.release();    
     
         mIsCaptureStarted =  false ;
         mAudioFrameCapturedListener =  null ;
 
         Log.d(TAG,  "Stop audio capture success !" );
     }
 
     private  class  AudioCaptureRunnable  implements  Runnable {      
     
         @Override
         public  void  run() {
 
             while  (!mIsLoopExit) {
 
                 byte [] buffer =  new  byte [mMinBufferSize];
 
                 int  ret = mAudioRecord.read(buffer,  0 , mMinBufferSize);               
                 if  (ret == AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION) {
                     Log.e(TAG ,  "Error ERROR_INVALID_OPERATION" );
                 } 
                 else  if  (ret == AudioRecord.ERROR_BAD_VALUE) {
                     Log.e(TAG ,  "Error ERROR_BAD_VALUE" );
                 } 
                 else  { 
                     if  (mAudioFrameCapturedListener !=  null ) {
                         mAudioFrameCapturedListener.onAudioFrameCaptured(buffer);
                     }   
                     Log.d(TAG ,  "OK, Captured " +ret+ " bytes !" );
                 }                                                      
             }      
         }    
     }
}


使用前要注意，添加如下权限：


<uses-permission android:name="android.permission.RECORD_AUDIO" />




本文转自 Jhuster 51CTO博客，原文链接：http://blog.51cto.com/ticktick/1749719，如需转载请自行联系原作者


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