Android音量系統分析
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最近在處理一個藍芽裝置播放沒有聲音問題時，發現是設定音量的問題，順便學習了一下Android系統的音量構架原理及設定方法。這裡主要參考了rinswindqin同學寫的有關音訊及音量分析的文章，加了一些自己的理解及原始碼分析。下面以Android 6.0為例來說明。
一、音訊流、音訊裝置、音量三角關係
要了解Android系統的音量構架原理，我們先要了解一下Android系統的音訊流有哪些。下面是在AudioSystem.java中定義的音訊流格式：
int STREAM_VOICE_CALL = 0
總共10種音訊流，因Android版本不同可能存在差異。在AudioManager.java中也定義了，但它是引用了AudioSystem.java的定義。
音量與音訊流是息息相關的。每種音訊流至少對應一種音量，當然也可以多種音訊流對應一種音量。在AudioService.java中定義了這種對應關係，具體如下：
private final int[] STREAM_VOLUME_ALIAS_VOICE = new int[] {
// STREAM_VOICE_CALL
AudioSystem.STREAM_VOICE_CALL,
// STREAM_SYSTEM
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_RING
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_MUSIC
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_ALARM
AudioSystem.STREAM_ALARM,
// STREAM_NOTIFICATION
// STREAM_BLUETOOTH_SCO
AudioSystem.STREAM_BLUETOOTH_SCO,
// STREAM_SYSTEM_ENFORCED
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_DTMF
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_TTS
AudioSystem.STREAM_MUSIC
};從上面定義可以看到系統音訊流，響鈴與訊息音訊流，通知音訊流，強制聲音音訊流，DTMF這五種音訊流共用一個音量，音樂與語音是共用一個音量。上面這個定義是用於通話的Android平臺上的(比如手機)，Android還定義了兩種，分別用在電視或者機頂盒上的定義：
private final int[] STREAM_VOLUME_ALIAS_TELEVISION = new int[] {
// STREAM_VOICE_CALL
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_SYSTEM
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_RING
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_MUSIC
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_ALARM
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_NOTIFICATION
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_BLUETOOTH_SCO
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_SYSTEM_ENFORCED
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_DTMF
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_TTS
AudioSystem.STREAM_MUSIC
};和是其它裝置的定義：
private final int[] STREAM_VOLUME_ALIAS_DEFAULT = new int[] {
// STREAM_VOICE_CALL
AudioSystem.STREAM_VOICE_CALL,
// STREAM_SYSTEM
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_RING
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_MUSIC
AudioSystem.STREAM_MUSIC,
// STREAM_ALARM
AudioSystem.STREAM_ALARM,
// STREAM_NOTIFICATION
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_BLUETOOTH_SCO
AudioSystem.STREAM_BLUETOOTH_SCO,
// STREAM_SYSTEM_ENFORCED
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_DTMF
AudioSystem.STREAM_RING,
// STREAM_TTS
AudioSystem.STREAM_MUSIC
};系統通過mStreamVolumeAlias來儲存當前是那種平臺。
我們知道在使用手機揚聲器播放音樂時調整音量後，如果插入耳機，從耳機聽到的音量並沒有變化。在Android系統中，定義了一系統輸入和輸出裝置，針對每個輸入與輸出裝置的音量也是不一樣的。下面是Android系統在audio.h定義的部份音訊裝置。
輸出裝置：
AUDIO_DEVICE_OUT_EARPIECE = 0x1,// 聽筒
AUDIO_DEVICE_OUT_SPEAKER = 0x2,// 揚聲器
AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADSET = 0x4,//線控耳機
AUDIO_DEVICE_OUT_WIRED_HEADPHONE = 0x8,//普通耳機
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO = 0x10,//單聲道藍芽耳機
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_HEADSET = 0x20,//藍芽電話
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_SCO_CARKIT = 0x40, //車載擴音藍芽裝置
AUDIO_DEVICE_OUT_BLUETOOTH_A2DP = 0x80, //立體聲藍芽耳機輸入裝置，比如：
AUDIO_DEVICE_IN_BUILTIN_MIC = AUDIO_DEVICE_BIT_IN | 0x4, //手機自帶MIC
AUDIO_DEVICE_IN_VOICE_CALL = AUDIO_DEVICE_BIT_IN| 0x40,//電話MIC可以說每個音訊流對應到每種裝置都有一個音量。比如，對於同一個STREAM_MUSIC流，對揚聲器和耳機的音量是分開儲存的。不考慮相同的情況，音量個數=音訊流*音訊裝置。
二、音量的快取與持久化
音量的快取是通過AudioService.java的內部類VolumeStreamState來設定。mStreamType屬性指示哪個音訊流，通過定義：
private final SparseIntArray mIndexMap = new SparseIntArray(8);
按照device = index的鍵值對，每個元素對應一個裝置的音量，將用於播放這種音訊流的裝置的音量儲存在其中。
在AudioService中定義了所有音訊流及所對應的裝置的音量，具體如下：
private VolumeStreamState[] mStreamStates;
我們在使用手機調整音量後，關機後再開機，發現音量是我們最後調整的音量。那麼這說明音量已經持久化了。音量的持久化在Android 6.0以前是儲存到設定資料庫setting.db的System表中，具體如下：
上圖中字尾為headset的就是耳機相關音量，比如：耳機鈴聲音量，耳機MIC音量。
在Android 6.0及以後的版本為了加快響應速度，採用了xml的形式來儲存的。
在使用者做音量調整時，會儲存到資料庫或者xml中以實現音量的持久化。如果Android系統沒有使用過音量，音量的初始值是什麼呢？在AudioSystem.java中定義了各種音訊流的預設音量，如下：
public static int[] DEFAULT_STREAM_VOLUME = new int[] {
4, // STREAM_VOICE_CALL
7, // STREAM_SYSTEM
5, // STREAM_RING
11, // STREAM_MUSIC
6, // STREAM_ALARM
5, // STREAM_NOTIFICATION
7, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
7, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
11, // STREAM_DTMF
11 // STREAM_TTS
};同樣在AudioService.java中定義了每種流的最大音量與最小音量：
/** Maximum volume index values for audio streams */
private static 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
};
/** Minimum volume index values for audio streams */
private static int[] MIN_STREAM_VOLUME = new int[] {
1, // STREAM_VOICE_CALL
0, // STREAM_SYSTEM
0, // STREAM_RING
0, // STREAM_MUSIC
0, // STREAM_ALARM
0, // STREAM_NOTIFICATION
1, // STREAM_BLUETOOTH_SCO
0, // STREAM_SYSTEM_ENFORCED
0, // STREAM_DTMF
0 // STREAM_TTS
};通過以上兩個陣列來控制各種流音量的最大最小值。
三、音量的設定流程
設定音量通常有以下方法：
通過AudioManager來設定
通過AudioTrack/MediaPlayer來設定
1.通過AudioManager來設定
我們先看一下AudioManager音量的設定過程
圖3.1AudioManager音量設定流程
AudioManager只是一個輕量級的封裝類，由Context建立，工作在APK程序中，通過IBinder的機制，負責與JAVA層的音訊服務AudioService進行互動。
AudioManager類提供了setStreamVolume方法來對一種stream type對應的音量進行設定：
public void setStreamVolume(int streamType, int index, int flags) {
IAudioService service = getService();
try {
service.setStreamVolume(streamType, index, flags, getContext().getOpPackageName());
} catch (RemoteException e) {
Log.e(TAG, "Dead object in setStreamVolume", e);
}
}
從程式碼中可以看出，setStreamVolume就是通過IPC呼叫AudioService的方法，用一個類圖來表示AudioManager和AudioService的關係：
圖3.2 AudioManager & AudioService
AudioManager通過代理物件訪問工作在SystemServer中的AudioService服務，呼叫其setStreamVolume方法來設定音量。
上面說過AudioService通過VolumeStreamState來快取各種音訊流的音量，並且通過mStreamStates來記錄各種音訊流的音量。設定音量最終是通過 VolumeStreamState. applyDeviceVolume_syncVSS函式呼叫AudioSystem.setStreamVolumeIndex函式來傳入device型別、音量index以及stream型別，告知音訊系統，“使用這種device播放這種stream型別的音訊播放操作，都將使用這個音量index”。程式碼如下:
status_t AudioSystem::setStreamVolumeIndex(audio_stream_type_t stream,
int index,
audio_devices_t device)
{
const sp<IAudioPolicyService>& aps = AudioSystem::get_audio_policy_service();
if (aps == 0) return PERMISSION_DENIED;
return aps->setStreamVolumeIndex(stream, index, device);
}
AudioSystem主要對AudioPolicyService進行了封裝，所以接下來的操作都是由AudioPolicyService來完成的。
setStreamVolumeIndex是AudioSystem通過IBinder呼叫了AudioPolicyService的setStreamVolumeIndex函式，AudioPolicyService繼承了AudioPolicyClientInterface類，他有一個AudioPolicyInterface類的成員指標mpPolicyManager，實際上就是指向了AudioPolicyManager，最終是呼叫了AudioPolicyManager的setStreamVolumeIndex函式。（實際上AudioPolicyService是通過成員指標mpPolicyManager訪問AudioPolicyManager，而AudioPolicyManager則通過AudioPolicyClientInterface（mpClientInterface）訪問AudioPolicyService）。
AudioPolicyManager呼叫setStreamVolumeIndex後會引發AudioPolicyService執行一個SET_VOLUME的CommandThread,在這個CommandThread中呼叫了AudioSystem的靜態方法setStreamVolume,具體如下:
status_t AudioSystem::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value,
audio_io_handle_t output)
{
if (uint32_t(stream) >= AUDIO_STREAM_CNT) return BAD_VALUE;
const sp<IAudioFlinger>& af = AudioSystem::get_audio_flinger();
if (af == 0) return PERMISSION_DENIED;
af->setStreamVolume(stream, value, output);
return NO_ERROR;
}
在這個函式裡呼叫了AudioFlinger的setStreamVolume。在AudioFlinger的setStreamVolume中呼叫了PlaybackThread的setStreamVolume.
AudioFlinger通過checkPlaybachTread方法，通過AudioPolicy傳入IO控制代碼（audio_io_handle_t)，來定位到具體的PlaybackThread，呼叫其setStreamVolume方法，這個方法將音量值快取到stream對應的stream_type_t物件中，這樣，PlaybackThread便知道每種stream對應的音量了。具體如下:
status_t AudioFlinger::setStreamVolume(audio_stream_type_t stream, float value,
audio_io_handle_t output)
{
......
if (thread == NULL) {
for (size_t i = 0; i < mPlaybackThreads.size(); i++) {
mPlaybackThreads.valueAt(i)->setStreamVolume(stream, value);
}
} else {
thread->setStreamVolume(stream, value);
}
return NO_ERROR;
}
在PlaybackThread的setStreamVolume中只是儲存當前音量值，然後傳送通知在輸出音訊時按新的音量計