OpenSL ES音频库学习

OpenSL ES音频库学习

简介

什么是OpenSL ES？ openSL ES是一个专用于嵌入式系统的音频库，可以提供对音频的播放和录制等相关功能，在Android上Aduio Recoder都是基于此库实现的，同时，我们也可以在Android的JNI里面使用此库进行音频开发，官方介绍请点击

使用方式

OpenSL ES几乎都是通过一个Object一个Interface成对来获取一项功能，比如OpenSL ES的全局引擎engineObject和engineInterface：

	SLObjectItf engineObject;           //引擎始祖对象
    SLEngineItf engineInterface;        //引擎接口
	slCreateEngine(&engineObject, 0, NULL, 0, NULL, NULL);
    (*engineObject)->Realize(engineObject, SL_BOOLEAN_FALSE);
    (*engineObject)->GetInterface(engineObject, SL_IID_ENGINE, &engineInterface);

内部大致原理

内部状态机制

从上一步得知所有的功能都是先创建Object，在获取其interface，其内部大致有这么一个状态机制

1. 创建Object时，其处于未实现UNREALIZED 状态，内部也没有为其分配任何资源
2. Realize激活后，才能通过Object获取其功能Interface，此时处于REALIZED状态
3. 当音频被抢占或出现错误，Object处于SUSPENDED暂停状态，如果想恢复REALIZED需要调用Object的Resume方法
4. 当我们把Object销毁后，就进入UNREALIZED状态了，重新使用需要在REALIZED才行
   下图是参考网图：
   

IO回调机制

使用OpenSL ES进行音频播放时，当缓冲区数据没有填充满，会一直触发回调函数，直到缓冲区填满后停止，当缓冲区数据消耗完后，再近些下一轮的回调触发

部分功能介绍

录音Recorder

录音重点主要集中在初始化配置方面：

• 配置输入和输出
• 配置缓冲区IO回调
• 创建RecorderObject和RecorderInterface

输入和输出

SLDataSource和SLDataSink

typedef struct SLDataSource_ {
	void *pLocator;			//输入数据类别
	void *pFormat;			//输入数据格式
} SLDataSource;

typedef struct SLDataSink_ {
	void *pLocator;
	void *pFormat;
} SLDataSink;

其中pLocator的类型可以是：

SLDataLocator_Address
SLDataLocator_BufferQueue
SLDataLocator_IODevice
SLDataLocator_MIDIBufferQueue
SLDataLocator_URI

针对录音的数据来源我们可以选择IODevice，以下是对IODevice的配置：

//录音源source
slHelper->ioDevice.locatorType = SL_DATALOCATOR_IODEVICE;       //源头是io设备
slHelper->ioDevice.deviceType = SL_IODEVICE_AUDIOINPUT;         //音频输入
slHelper->ioDevice.deviceID = SL_DEFAULTDEVICEID_AUDIOINPUT;
slHelper->ioDevice.device = NULL;           //device ID生效的前提必须device NULL

配置录音的输出，我们选择SLDataLocator_BufferQueue类型，输出到缓冲区，还需要配置输出的数据给format

//输出
queue.locatorType = SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE;  //输出到缓冲队列
queue.numBuffers = 2;     //2个缓冲队列

pcmFormat.formatType = SL_DATAFORMAT_PCM;     //录音数据格式
pcmFormat.numChannels = channels;
pcmFormat.samplesPerSec = sampleRate;
pcmFormat.bitsPerSample = SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16;        //每个采样点bit
pcmFormat.containerSize = SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16;
pcmFormat.channelMask = getChannelMask(channels);             //根据声道数确定掩码
pcmFormat.endianness = SL_BYTEORDER_LITTLEENDIAN;             //字节小端模式

sink.pLocator = &(queue);
sink.pFormat = &(pcmFormat);

最后，就可以创建Recoder开始播放了：

///Recorder/
SLInterfaceID id[] = {SL_IID_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE};
SLboolean required[] = {SL_BOOLEAN_TRUE};

(*engineInterface)->CreateAudioRecorder(engineInterface, &recorderObject
                          , &source, &sink, 1, id, required);
(*recorderObject)->Realize(recorderObject, SL_BOOLEAN_FALSE);

//Register
(*recorderObject)->GetInterface(recorderObject, SL_IID_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE,
                              &(androidBufferQueueItf));

(*androidBufferQueueItf)->RegisterCallback(androidBufferQueueItf, openSLCallBack, NULL);

//start recorder
(*recorderObject)->GetInterface(recorderObject, SL_IID_RECORD, &recorderInterface);
(*recorderInterface)->SetRecordState(recorderInterface, SL_RECORDSTATE_RECORDING);

ok，以上就是楼主学习过程中的一点小小心得，如有不正，请指正；
以下是我的学习demo

音量调节

也是调用openSL ES的音量接口，设置分贝值即可，重要的是分贝值的计算。

SLmillibel level = getAmplificationLevel((leftVolume + rightVolume) / 2);
SLresult lresult = (*slVolumeItf)->SetVolumeLevel(slVolumeItf, level);
if (lresult != SL_RESULT_SUCCESS) {
     LOGE("slVolumeItf->SetVolumeLevel failed %d\n", (int)lresult);
}


SLmillibel getAmplificationLevel(float volumeLevel) {
    if(volumeLevel < 0.0000001){
        return SL_MILLIBEL_MIN;
    }
    //分贝计算公式
    SLmillibel mb = lround(20f * log10f(volumeLevel));
    if(mb < SL_MILLIBEL_MIN){
        mb = SL_MILLIBEL_MIN;
    }
    return mb;
}

主要理解分贝（声压级）计算公式：

上诉表达式中，推导过程不做解释，Prms表示实际测的声压级，Pref是参考的声压级，由于人耳能听到最微小的声压级为0.00002Pa，所以默认是Pref一般采用这个值作为参考值计算出分贝，而不同手机厂商精度可能不一样，一个粗糙的计算方法是，环境静音时手机测量出来的值（MediaRecorder.getMaxAmplitude）作为Pref，然后在计算

部分API理解

• SLresult (*CreateAudioPlayer) (
  SLEngineItf self,
  SLObjectItf * pPlayer,
  SLDataSource *pAudioSrc,
  SLDataSink *pAudioSnk,
  SLuint32 numInterfaces,
  const SLInterfaceID * pInterfaceIds,
  const SLboolean * pInterfaceRequired
  );
• SLresult (*CreateAudioRecorder) (
  SLEngineItf self,
  SLObjectItf * pRecorder,
  SLDataSource *pAudioSrc,
  SLDataSink *pAudioSnk,
  SLuint32 numInterfaces,
  const SLInterfaceID * pInterfaceIds,
  const SLboolean * pInterfaceRequired
  );
  以上两个函数用法类似，前4个参数不多做解释，主要是后三个参数，标明创建播放器和录音器所具有的属性，
  numInterfaces：属性的数量
  pInterfaceIds：属性特性数组，数组长度和属性数量相同
  pInterfaceRequired：上面的属性启动或者不启动，数组长度和属性数量相同
  以播放器为例，播放器来源有bufferQueue、混音器还有音量调节，那么你应该做如下配置：

const SLInterfaceID ids[3] = {SL_IID_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE, SL_IID_VOLUME, SL_IID_PLAY};
const SLboolean req[3] = {SL_BOOLEAN_TRUE, SL_BOOLEAN_TRUE, SL_BOOLEAN_TRUE};
result = (*slEngine)->CreateAudioPlayer(slEngine, &slPlayerObject, &slDataSource,
                                        &audioSink, 3, ids, req);

参考的链接：
https://juejin.im/post/5bda5ed85188257f3e09d6f5
https://zhuanlan.zhihu.com/p/20865418