CN110175081B - 一种针对Android音频播放的优化系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种针对Android音频播放的优化系统，它包括标准Android音频输出框架模块，所述的标准Android音频输出框架模块包含：含音频播放功能的APP应用软件、音频框架模块（Framework）、音频功能库模块（Audio Lib）、硬件抽象层模块（HAL）及音频写入接口（Tinyalsa），它还包括共享内存模块及音频解析模块，通过音频写入接口（Tinyalsa）一旦判断有接收到第一音频数据接入端的复合音频数据且共享内存模块所存储的初始音频数据≥1帧，则Android音频系统直接调取共享内存模块中存储的初始音频数据，而无需经过常规的Android音频系统的多个模块调取音频数据，大大降低的声音的延迟现象。

Description

一种针对Android音频播放的优化系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种针对Android平台的音频播放系统及其方法。

背景技术

现阶段市面上出售的智能手机主要以谷歌公司的Android系统及苹果公司IOS系统为 主，如图1所示，基于Android架构的音频系统包括：含音频播放功能的APP应用软件，音频框架模块(Framework)，音频功能库模块(Audio Lib)，硬件抽象层模块(HAL)，音 频写入接口(Tinyalsa)、音频驱动层(Audio Driver)及音频播放元件(Hardware)，具 体的Android架构的音频系统架构的说明文档可以查阅 https://blog.csdn.net/liangtianmeng/article/details/82926530？tdsourcetag＝s_pct im_aiomsg。

现以两部Android手机通话为例，A端客户点击手机通话APP软件进行拨号，当B端客 户接收手机的呼叫信号时，同样激活手机通话APP软件，此时A端客户开始向手机的音频采集设备(如Microphone)发出声波(模拟信号)并被其捕获转录成数字音频数据，该数 字音频数据经通信网络传输至B端客户的手机端，该音频数据需依次经音频播放功能的APP应用软件输入至音频框架模块(Framework)，藉由音频框架模块(Framework)调用音频功能库模块(Audio Lib)音频播放数据(如采样率、音量大小、单双声道等)对采集到的音 频数据加载相应的音频播放参数，经加载后的音频数据输入至硬件抽象层模块(HAL)经音 频写入接口(Tinyalsa)输送至音频驱动层(Audio Driver)，最终通过音频播放元件(此 运用场景为耳机)进行播放，采用上述方案，由于音频数据包含了多个层级的调用，因此 通信网络条件一致且A、B两客户的之间距离相同的条件，两部Android话机与两部ISO手 机在进行通话时，Android手机的声音会产生一定的延迟现象。

有鉴于此，本发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种针对Android的音频播放系统，采用该系统能够有效 降低Android移动设备在激活音频功能时所产生的声音延迟现象。

本发明的第二目的在于提供一种针对上述音频系统的音频播放方法。

为实现本发明的第一目的，一种针对Android音频播放的优化系统，它包括标准Android 音频输出框架模块，所述的标准Android音频输出框架模块包含：含音频播放功能的APP 应用软件、音频框架模块(Framework)、音频功能库模块(Audio Lib)、硬件抽象层模块 (HAL)及音频写入接口(Tinyalsa)，它还包括共享内存模块，该共享内存模块具有输入端及输出端，其中输入端同步加载经由含音频播放功能的APP应用软件输入的初始音频数据；所述的音频写入接口(tinyalsa)设有第一音频数据接入端、第二音频数据接入端及 音频数据解析模块，该第一音频数据接入端与标准Android音频输出框架模块中的硬件抽 象层模块(HAL)相连，用于接收流经标准Android音频输出框架模块中的复合音频数据； 所述的第二音频数据接入端与共享内存模块的输出端相连，用于接收流经共享内存模块中 的初始音频数据，通过上述两个音频数据接入端输入的音频数据皆汇入音频数据解析模块；

此时，音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数 据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音 频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是 否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直 接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音 频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块会进 入等待数据的状态，直至接收到初始音频数据≥1帧，则直接通过共享内存调取初始音频数 据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通过 第二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧，也 不会将该音频数据输出至音频驱动层。

进一步，所述的共享内存模块从Android应用层的内存中进行申请，然后调用系统mmap 函数将共享内存映射为可见内存，并使储存在该共享内存内的数据具有文件句柄标识。

进一步，所述的共享内存模块内的数据结构为环形缓冲架构，利用控制锁来控制音频 数据产生者与数据使用者的读取速度，避免数据在未被读取时被新数据覆盖。

进一步，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块里 会调用控制锁使音频数据解析模块本身进入等待数据的状态，直到数据量大于1帧才释放 控制锁，通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输 出至音频驱动层。

本发明还公开了一种针对Android音频播放的方法，

步骤1、激活含音频播放功能的APP应用软件；

步骤2、初始音频数据映射为两份，一份经APP应用软件输入至音频框架模块(Framework)，藉由音频框架模块(Framework)调用音频功能库模块(Audio Lib)音频 播放数据并对采集到的音频数据加载相应的音频播放参数形成复合音频数据，再将该复合 音频数据输入至硬件抽象层模块(HAL)；另一份被同步加载至共享内存模块中；

步骤3、音频写入接口(tinyalsa)的第一音频数据接入端接收硬件抽象层模块(HAL) 输出的复合音频数据并传输至音频数据解析模块；音频写入接口(tinyalsa)的第二音频 数据接入端接收共享内存模块的初始音频数据并传输至音频数据解析模块；

步骤4、音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数 据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音 频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是 否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直 接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音 频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块会进 入等待数据的状态，直至接收到初始音频数据≥1帧时，则直接通过共享内存调取初始音频 数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通 过第二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧 时，也不会将该初始音频数据输出至音频驱动层。

采用上述音频播放系统及方法，在原有Android音频系统中增加了共享内存模块，使 得音频写入接口(Tinyalsa)通过一旦判断有接收到第一音频数据接入端的复合音频数据 且共享内存模块所存储的初始音频数据≥1帧，则Android音频系统直接调取共享内存模块 中存储的初始音频数据，而无需经过常规的Android音频系统的多个模块调取音频数据， 大大降低的声音的延迟现象。

附图说明

作为非限制性例子给出的具体说明更好地解释本发明包括什么以及其可被实施，此外， 该说明参考附图，在附图中：

图1习用Android架构的音频系统的原理方框图；

图2本发明Android架构的音频系统的原理方框图；

图3本发明Android架构的音频系统中涉及共享内存模块内数据调用的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。

如图2所示，一种针对Android音频播放的优化系统，它包括标准Android音频输出框架模块，所述的标准Android音频输出框架模块包含：含音频播放功能的APP应用软件、音频框架模块(Framework)、音频功能库模块(Audio Lib)、硬件抽象层模块(HAL)、音 频写入接口(Tinyalsa)及共享内存模块，该共享内存模块具有输入端及输出端，本实施 例的共享内存模块从Android应用层的内存中进行申请，然后调用系统mmap函数将共享内 存映射为可见内存，并使储存在该共享内存内的数据具有文件句柄标识，同时为了避免数 据在未被读取时被新数据覆盖，所述的共享内存模块内的数据结构为环形缓冲架构，如图3 所示，利用控制锁来控制音频数据产生者与数据使用者的读取速度，当读指针及写指针调 取音频数据共享内存数据时，如果写指针走得比较快时，控制锁发挥作用，使写指针进入 等待状态；当读指针走得比较快时，控制锁发挥作用，使读指针进入等待状态。

所述的共享内存模块的输入端同步加载经由含音频播放功能的APP应用软件输入的初 始音频数据；所述的音频写入接口(tinyalsa)设有第一音频数据接入端、第二音频数据 接入端及音频数据解析模块，该第一音频数据接入端与标准Android音频输出框架模块中 的硬件抽象层模块(HAL)相连，用于接收流经标准Android音频输出框架模块中的复合音 频数据；所述的第二音频数据接入端与共享内存模块的输出端相连，用于接收流经共享内 存模块中的初始音频数据，通过上述两个音频数据接入端输入的音频数据皆汇入音频数据 解析模块；

此时，音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数 据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音 频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是 否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直 接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音 频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块里会 调用共享内存的控制锁使音频数据解析模块本身进入等待数据的状态，直到初始音频数据 ≥1帧才释放控制锁，进入前述共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧的状态，则直接 通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频 驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通过第 二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧，也不 会将该音频数据输出至音频驱动层。

本发明还公开了一种针对Android音频播放的方法，其包括：

步骤1、激活含音频播放功能的APP应用软件；

步骤2、初始音频数据映射为两份，一份经APP应用软件输入至音频框架模块(Framework)，藉由音频框架模块(Framework)调用音频功能库模块(Audio Lib)音频 播放数据并对采集到的音频数据加载相应的音频播放参数形成复合音频数据，再将该复合 音频数据输入至硬件抽象层模块(HAL)；另一份被同步加载至共享内存模块中；

步骤3、音频写入接口(tinyalsa)的第一音频数据接入端接收硬件抽象层模块(HAL) 输出的复合音频数据并传输至音频数据解析模块；音频写入接口(tinyalsa)的第二音频 数据接入端接收共享内存模块的初始音频数据并传输至音频数据解析模块；

步骤4、音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数 据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音 频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是 否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直 接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音 频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块里会 调用控制锁使音频数据解析模块本身进入等待数据的状态，直到数据量大于1帧才释放控 制锁，直至接收到初始音频数据≥1帧时，则直接通过共享内存调取初始音频数据，最终将 该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通过 第二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧，也 不会将该初始音频数据输出至音频驱动层。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产 品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程 序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和 /或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程 和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程 序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以 产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于 实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式 工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置 的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机 或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他 可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方 框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要 求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单 词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概 念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选 实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和 范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而 不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定 有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发 明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、 “具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结 构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术 语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、 结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在 不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以 及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性 的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种针对Android音频播放的优化系统，它包括标准Android音频输出框架模块，所述的标准Android音频输出框架模块包含：含音频播放功能的APP应用软件、音频框架模块、音频功能库模块、硬件抽象层模块及音频写入接口，其特征在于：它还包括共享内存模块，该共享内存模块具有输入端及输出端，其中输入端同步加载经由含音频播放功能的APP应用软件输入的初始音频数据；所述的音频写入接口设有第一音频数据接入端、第二音频数据接入端及音频数据解析模块，该第一音频数据接入端与标准Android音频输出框架模块中的硬件抽象层模块相连，用于接收流经标准Android音频输出框架模块中的复合音频数据；所述的第二音频数据接入端与共享内存模块的输出端相连，用于接收流经共享内存模块中的初始音频数据，通过上述两个音频数据接入端输入的音频数据皆汇入音频数据解析模块；

此时，音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块会进入等待数据的状态，直至接收到初始音频数据≥1帧，则直接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通过第二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧，也不会将该音频数据输出至音频驱动层。

2.如权利要求1所述的针对Android音频播放的优化系统，其特征在于：所述的共享内存模块从Android应用层的内存中进行申请，然后调用系统mmap函数将共享内存映射为可见内存，并使储存在该共享内存内的数据具有文件句柄标识。

3.如权利要求1或2所述的针对Android音频播放的优化系统，其特征在于：所述的共享内存模块内的数据结构为环形缓冲架构，利用控制锁来控制音频数据产生者与数据使用者的读取速度，避免数据在未被读取时被新数据覆盖。

4.如权利要求3所述的针对Android音频播放的优化系统，其特征在于：如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块里会调用控制锁使音频数据解析模块本身进入等待数据的状态，直到数据量大于1帧才释放控制锁，通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层。

5.一种针对Android音频播放的方法，其特征在于：

步骤1、激活含音频播放功能的APP应用软件；

步骤2、初始音频数据映射为两份，一份经APP应用软件输入至音频框架模块，藉由音频框架模块调用音频功能库模块音频播放数据并对采集到的音频数据加载相应的音频播放参数形成复合音频数据，再将该复合音频数据输入至硬件抽象层模块；另一份被同步加载至共享内存模块中；

步骤3、音频写入接口的第一音频数据接入端接收硬件抽象层模块输出的复合音频数据并传输至音频数据解析模块；音频写入接口的第二音频数据接入端接收共享内存模块的初始音频数据并传输至音频数据解析模块；

步骤4、音频数据解析模块需优先确定是否有接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，如果有接收到复合音频数据，则进一步通过音频数据解析模块解析并实时同步第一音频数据接入端的复合音频数据中所加载的音频输出状态参数，同时判断共享内存模块中是否存储≥1帧的初始音频数据，如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据≥1帧，则直接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；如果此时共享内存模块中存储的初始音频数据＜1帧，则音频数据解析模块会进入等待数据的状态，直至接收到初始音频数据≥1帧时，则直接通过共享内存调取初始音频数据，最终将该初始音频数据与音频输出状态参数输出至音频驱动层；

如果音频数据解析模块自始未接收到第一音频数据接入端的复合音频数据，即便通过第二音频数据接入端有接收到共享内存模块的初始音频数据，且该初始音频数据≥1帧时，也不会将该初始音频数据输出至音频驱动层。

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