CN108235052A - 基于ios可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，包括建立音频采集及播放设备接口、编解码器异步处理队列、主播连麦混音器、主播连麦编码器、数据网络广播模块及数据异步发送队列、音频解码器等流程；其采用全套硬件处理方式，包含音频硬转码、音轨硬混音和输入输出设备音频原始编码采集及处理，硬件核心处理可大幅提高程序的高效执行，降低音频采集和播放的音质损耗，减少系统资源占用，重点提高手机待电时长，经测试可有效提高IOS系统的待机时长约40％左右。

Description

基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法
技术领域
本发明涉及音频处理技术领域，具体为基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法。
背景技术
目前，iOS系统不支持同个APP里重复挂接同一个采集设备，或播放设备，每个AUGraph里的每个AudioUnit的音频格式必须完全相同，在iphone不同型号手机或不同采集和播放设备连接时，音频数据也会有极大的偏差，这就需要将所有将会出现的格式最大化的分类处理掉，导致系统在转码过程中要一直等待转码结束，造成声音播放不及时或卡顿，同时，多次转码带来的不必要的系统资源消耗和效率消耗。
发明内容
本发明的目的在于提供基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，在采集、播放及混音时均采用的原始音元数据PCM，直播发布到服务器之前将原始的音元数据转码成AAC，以解决上述背景技术中提出的多次转码带来的不必要的系统资源消耗和效率消耗等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，包括以下步骤：
S1：建立音频采集及播放设备接口：首先创建AudioComponentInstance，即音频组件实例，在初始化完成实例后，将实例与硬件设备关联，并使用系统提供的apiAudioUnitSetProperty，即音频组件实例的一个接口，打开对应的录制和播放端口，将录制和播放回调函数关联上去，进行声音的采集及播放；
S2：编解码器异步处理队列：建立一个异步顺序处理队列将所有数据顺序存储并按分段处理；
S3：主播连麦混音器：获得麦克风的音频和背景音乐及音效混音并压缩成AAC发给每个人，背景及音效和所有连麦者合成插入耳机的耳回，没有麦克风的声音的所有声音混音作为没有插入耳机的耳回；
S4：主播连麦编码器：主播连麦编码器用于将主播自己的声音、背景音乐和各个连麦者的声音混音后的数据编码压缩成AAC音频格式后进行网路发送广播给每一个连麦者和听众，并将原始的音元数据，即PCM压缩编码成高压缩比，高还原性的AAC；
S5：数据网络广播模块及数据异步发送队列：基于开源RTMP编码改良优化出特有DXRTMP模块，在原有基础上优化网络响应频率及广播率；
S6：音频解码器：解码器主要工作于接收到网络传输的AAC格式音频数据，用来将AAC压缩的音频数据还原成原始的音元数据PCM，即将音元数据还原成模拟声音。
优选的，所述步骤S3中混音器内核采用多线程数据队列多并发阻塞机制，同一编号类数据处理将等待该编号类前一数据处理完后才会继续处理，其他编号类不受影响，达到混音转码最大化效率。
优选的，所述步骤S4编码器将原始的音元数据转码成AAC采用单独的线程音元数据队列机制进行处理。
优选的，根据实际需求，麦克风采集音频、背景音乐及连麦音频需整体本机同步播放，播放的背景音乐、麦克风及其他用户连麦音频需整体网络广播发送，麦克风采集音频、背景音乐及其他用户连麦需单独点对点发送给其他连麦者。
优选的，音频输入输出设备均采用原始音元数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，采集、播放及混音时均采用的原始音元数据PCM，直播发布到服务器之前将原始的音元数据转码成AAC，这样可解决音元数据传输时体积太大、占用流量的缺点，单播放耳回及混音时，不需要过多的处理原始音元，可减少播放和混音时多次转码带来的不必要的系统资源消耗和效率消耗。
2、本基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，转码时使用的是单独的线程音元数据队列机制进行处理，避免整个系统在转码过程中一直等待转码结束，造成声音播放不及时或卡顿，同时，通过自主研发可选择多通道音频硬件混音模块，可实现多种条件的各种多路组合混音，在要求复杂的多路多副本条件混音时效率比软混音提高达200％。
3、本基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，采用全套硬件处理方式，其中包含音频硬转码、音轨硬混音和输入输出设备音频原始编码采集及处理，硬件核心处理可大幅提高程序的高效执行，降低音频采集和播放的音质损耗，减少系统资源占用，重点提高手机待电时长，经测试可有效提高IOS系统的待机时长约40％左右。
附图说明
图1为本发明的主播发给连麦者的数据流程图；
图2为本发明的主播耳回及广播数据流程图；
图3为本发明的连麦耳回流程图；
图4为本发明连麦数据发送流程图；
图5为本发明的听众流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，包括以下步骤：
第一步：建立音频采集及播放设备接口：首先创建AudioComponentInstance，即音频组件实例，音频组件实例在IOS中对于所有音频设备的使用，都必须使用该实例提供的接口进行调用；在初始化完成实例后，将实例与硬件设备关联，并使用系统提供的apiAudioUnitSetProperty(AudioComponentInstance音频组件实例里最重要的一个接口，该接口用户配置音频组件实例里关联的硬件设备使用的相关参数)打开对应的录制和播放端口，将录制和播放回调函数关联上去，进行声音的采集及播放；
第二步：编解码器异步处理队列：由于编码器速度和采集设备如果同步处理的话，接收到录音再处理编码，编码后再等待接收，这样音频播放时中间会间隔编码处理所耗的时间，这样的音频可能就断断续续，因此必须使用异步处理，但异步处理又有一个问题，就是每一个音频段的顺序，因此需要一个异步顺序处理队列将所有数据顺序存储并按分段处理；
第三步：主播连麦混音器：获得麦克风的音频和背景音乐及音效混音并压缩成AAC(其格式有高压缩比、高音质还原等特性)发给每个人，背景及音效和所有连麦者合成插入耳机的耳回(同时该路作为推流)，没有麦克风的声音的所有声音混音作为没有插入耳机的耳回；混音器内核采用多线程数据队列多并发阻塞机制，同一编号类数据处理将等待该编号类前一数据处理完后才会继续处理，其他编号类不受影响，达到混音转码最大化效率，并且最大的减少因老机型处理慢引起程序卡顿的情况发生；
第四步：主播连麦编码器：主播连麦编码器用于将主播自己的声音、背景音乐和各个连麦者的声音混音后的数据编码压缩成AAC音频格式后进行网路发送广播给每一个连麦者和听众，并将原始的音元数据(PCM即Pulse CodeModulation脉冲编码调制，PCM中的声音数据没有被压缩，如果是单声道的文件，采样数据按时间的先后顺序依次存入，它的基本组织单位是BYTE(8bit)或WORD(16bit))，一般情况下，一帧PCM是由2048次采样组成的)压缩编码(音频压缩技术指的是对原始数字音频信号流(PCM编码)运用适当的数字信号处理技术，在不损失有用信息量，或所引入损失可忽略的条件下，降低压缩其码率，称为压缩编码；压缩编码具有相应的逆变换，称为解压缩或解码，音频信号在通过一个编解码系统后可能引入大量的噪声和一定的失真)成高压缩比、高还原性的AAC(全称AdvancedAudio Coding，是一种专为声音数据设计的文件压缩格式，与MP3不同，它采用了全新的算法进行编码，更加高效，具有更高的“性价比”，利用AAC格式，可使人感觉声音质量没有明显降低的前提下，更加小巧)；编码器将原始的音元数据转码成AAC采用单独的线程音元数据队列机制进行处理，避免整个系统在转码过程中一直等待转码结束，造成声音播放不及时或卡顿；
第五步：数据网络广播模块及数据异步发送队列：基于开源RTMP编码改良优化出特有DXRTMP模块，在原有基础上优化网络响应频率及广播率；
第六步：音频解码器：解码器主要工作于接收到网络传输的AAC格式音频数据，用来将AAC压缩的音频数据还原成原始音元数据PCM，即将音元数据还原成模拟声音；根据实际需求，麦克风采集音频、背景音乐及连麦音频需整体本机同步播放，播放的背景音乐、麦克风及其他用户连麦音频需整体网络广播发送，麦克风采集音频、背景音乐及其他用户连麦需单独点对点发送给其他连麦者，音频输入输出设备均采用原始音元数据，完美呈现每一个细节，又不失程序模块执行的效率。
实施例二：
基于实施例一描述，提供如下具体工作流程：
步骤一：主播流程：
请参阅图1，a.主播发给连麦者数据：将背景音乐音频数据和其他分支数据经音频采集设备传输到主播连麦混音器中，经主播连麦转码器转换成ACC格式，再由网络数据异步发送队列编码发送给所有连麦者；
请参阅图2，b.主播耳回及广播数据：接收到的多路连麦者音频数据传送至ACC转原始音元转码器，并结合主播连麦混音器传送至主播网络广播转码器和主播连麦转码器，再由网络数据异步发送队列编码发送给所有连麦者；
步骤二：连麦听众流程：
请参阅图3，a.连麦耳回数据采集：将接收到的多路连麦者音频数据(包括主播)传送至ACC转原始音元转码器，并结合音频采集器传送至连麦耳回混音器，连麦耳回混音器连接播放设备进行播放；
请参阅图4，b.连麦耳回数据发送：将背景音乐音频数据通过音频采集器传送至连麦音频混音器中，进一步输入到连麦群发转码器，通过网络群发给其他连麦端及主播端；
请参阅图5，步骤三：听众流程：接收网络音频数据传送至ACC音频转原始音频转码器，再通过网络群发给其他连麦端及主播端。
其中，上述混音器内核采用多线程数据队列多并发阻塞机制，同一编号类数据处理将等待该编号类前一数据处理完后才会继续处理，其他编号类将不受影响，从而达到混音转码最大化效率，并且最大的减少因老机型处理慢引起程序卡顿的情况发生。
实施例三：
基于实施例一、实施例二描述，结合小马网的《听说Live》，一款视频语音直播APP，该APP内部核心使用了本发明的相关技术，运行于所有IOS平台的iphone上，系统占用资源上及软件运行效率上都比同类软件效率高。
综上所述：本发明提供的基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，采集、播放及混音时均采用的原始音元数据(PCM)，直播发布到服务器之前将原始的音元数据转码成AAC，这样可解决音元数据传输时体积太大、占用流量的缺点；单播放耳回及混音时，不需要过多的处理原始音元，这样可减少播放和混音时多次转码带来的不必要的系统资源消耗和效率消耗，转码时使用的是单独的线程音元数据队列机制进行处理，避免整个系统在转码过程中一直等待转码结束，造成声音播放不及时或卡顿；同时，通过自主研发可选择多通道音频硬件混音模块，可实现多种条件的各种多路组合混音，在要求复杂的多路多副本条件混音时效率比软混音提高达200％；其整体采用全套硬件处理方式，其中包含音频硬转码，音轨硬混音，输入输出设备音频原始编码采集及处理，硬件核心处理可大幅提高程序的高效执行，降低音频采集和播放的音质损耗，减少系统资源占用，重点提高手机待电时长，经测试可有效提高IOS系统的待机时长约40％左右。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立音频采集及播放设备接口：首先创建AudioComponentInstance，即音频组件实例，在初始化完成实例后，将实例与硬件设备关联，并使用系统提供的apiAudioUnitSetProperty，即音频组件实例的一个接口，打开对应的录制和播放端口，将录制和播放回调函数关联上去，进行声音的采集及播放；
S2：编解码器异步处理队列：建立一个异步顺序处理队列将所有数据顺序存储并按分段处理；
S3：主播连麦混音器：获得麦克风的音频和背景音乐及音效混音并压缩成AAC发给每个人，背景及音效和所有连麦者合成插入耳机的耳回，没有麦克风的声音的所有声音混音作为没有插入耳机的耳回；
S4：主播连麦编码器：主播连麦编码器用于将主播自己的声音、背景音乐和各个连麦者的声音混音后的数据编码压缩成AAC音频格式后进行网路发送广播给每一个连麦者和听众，并将原始的音元数据，即PCM压缩编码成高压缩比，高还原性的AAC；
S5：数据网络广播模块及数据异步发送队列：基于开源RTMP编码改良优化出特有DXRTMP模块，在原有基础上优化网络响应频率及广播率；
S6：音频解码器:解码器主要工作于接收到网络传输的AAC格式音频数据，用来将AAC压缩的音频数据还原成原始的音元数据PCM，即将音元数据还原成模拟声音。
2.如权利要求1所述的基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，其特征在于，所述步骤S3中混音器内核采用多线程数据队列多并发阻塞机制，同一编号类数据处理将等待该编号类前一数据处理完后才会继续处理，其他编号类不受影响，达到混音转码最大化效率。
3.如权利要求1所述的基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，其特征在于，所述步骤S4编码器将原始的音元数据转码成AAC采用单独的线程音元数据队列机制进行处理。
4.如权利要求1所述的基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，其特征在于，根据实际需求，麦克风采集音频、背景音乐及连麦音频需整体本机同步播放，播放的背景音乐、麦克风及其他用户连麦音频需整体网络广播发送，麦克风采集音频、背景音乐及其他用户连麦需单独点对点发送给其他连麦者。
5.如权利要求1所述的基于IOS可选择多音频通道硬件混音、采集及播放的方法，其特征在于，音频输入输出设备均采用原始音元数据。
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