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iOS Audio Queue播放PCM音频流

iOS Audio Queue播放PCM音频流

作者: iOS_tree | 来源:发表于2018-11-15 14:58 被阅读0次

    PCM音频流播放主要步骤如下:

    1、确定文件格式

    播放PCM音频流前,我们首先需要确定播放的PCM音频的格式信息,iOS中,有一个结构体专用于描述音频格式信息,AudioStreamBasicDescription结构体,组成如下:

    struct AudioStreamBasicDescription
    {
        Float64            mSampleRate;            //音频的采样率。
        AudioFormatID      mFormatID;              //音频的格式ID
        AudioFormatFlags    mFormatFlags;            //音频的Flags,对mFormatID的补充
        UInt32              mBytesPerPacket;        //每个Packet的字节数
        UInt32              mFramesPerPacket;        //每个Packet包含的Frame数
        UInt32              mBytesPerFrame;          //每个Frame包含的位数
        UInt32              mChannelsPerFrame;      //每个Frame包含的频道数
        UInt32              mBitsPerChannel;        //每个频道Channel包含的位数
        UInt32              mReserved;              //标记是否对结构体进行填充进行8字节对齐,暂不设置,为默认
    };
    typedef struct AudioStreamBasicDescription  AudioStreamBasicDescription;
    

    我预先录制好一个PCM文件,根据https://www.jianshu.com/p/15d95e593451录制的音频文件。
    根据我们的PCM文件,我们设置参数如下:

            audioDescription.mSampleRate              = 8000;
            audioDescription.mFormatID                = kAudioFormatLinearPCM;
            audioDescription.mFormatFlags             = kAudioFormatFlagIsSignedInteger | kAudioFormatFlagIsPacked;
            audioDescription.mChannelsPerFrame        = 1;
            audioDescription.mFramesPerPacket         = 1;
            audioDescription.mBitsPerChannel          = 16;
            audioDescription.mBytesPerFrame           = (audioDescription.mBitsPerChannel / 8) * audioDescription.mChannelsPerFrame;
            audioDescription.mBytesPerPacket          = audioDescription.mBytesPerFrame * audioDescription.mFramesPerPacket;
    

    2、创建AudioQueueRef对象

    格式确定后我们创建Audio Queue对象,使用如下方法:

    extern OSStatus             
    AudioQueueNewOutput(                const AudioStreamBasicDescription *inFormat,
                                        AudioQueueOutputCallback        inCallbackProc,
                                        void * __nullable               inUserData,
                                        CFRunLoopRef __nullable         inCallbackRunLoop,
                                        CFStringRef __nullable          inCallbackRunLoopMode,
                                        UInt32                          inFlags,
                                        AudioQueueRef __nullable * __nonnull outAQ)          API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    参数解释:

        const AudioStreamBasicDescription *inFormat,            //音频格式
        AudioQueueOutputCallback        inCallbackProc,         //回调函数指针
        void * __nullable               inUserData,             //自定义回调函数数据
        CFRunLoopRef __nullable         inCallbackRunLoop,          //回调函数调用的RunLoop
        CFStringRef __nullable          inCallbackRunLoopMode,      //回调函数调用的RunLoopMode
        UInt32                          inFlags,                    //保留标志位,填0
        AudioQueueRef __nullable * __nonnull outAQ                  //存放创建的AudioQueueRef对象指针的地址
    

    音频格式填入上一步创建的音频格式结构体即可,回调函数指针填入后面创建的函数名即可,自定义回调函数数据填入自己需要的对象即可,回调函数的RunLoop和RunLoopMode无特殊要求填写NULL即使用默认值,保留保留标志位写0。创建AudioQueueRef对象成功则返回0,失败则返回其他错误值。

    3、创建音频缓冲区

    创建音频缓冲区函数如下:

    extern OSStatus
    AudioQueueAllocateBuffer(           AudioQueueRef           inAQ,    
                                        UInt32                  inBufferByteSize,
                                        AudioQueueBufferRef __nullable * __nonnull outBuffer)              API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    参数解释:

    AudioQueueRef           inAQ        //创建的AudioQueueRef对象
    UInt32                  inBufferByteSize,    //缓冲区最大的大小
    AudioQueueBufferRef __nullable * __nonnull outBuffer    //创建的缓冲区AudioQueueBufferRef对象指针存放的地址
    

    缓冲区创建数量越少则延迟越小,同时同步要求更高。这里就创建三个即可,可根据自己需求进行调整。

    4、调用开始方法

    extern OSStatus
    AudioQueueStart(                    AudioQueueRef                     inAQ,
                                        const AudioTimeStamp * __nullable inStartTime)        API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    函数的第一个参数为我们创建的AudioQueueRef对象,第二个参数填NULL则代表即可开始,我们填写NULL即可。函数返回0则代表成功。

    5、填充缓冲数据到队列中

    我们先从文件中依次循环读取二进制数据进行填充,填充函数如下:

    extern OSStatus
    AudioQueueEnqueueBuffer(            AudioQueueRef                       inAQ,
                                        AudioQueueBufferRef                 inBuffer,
                                        UInt32                              inNumPacketDescs,
                                        const AudioStreamPacketDescription * __nullable inPacketDescs)      API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    参数解释:

    AudioQueueRef                       inAQ,           //Audio Queue对象
    AudioQueueBufferRef                 inBuffer,       //缓冲区对象
    UInt32                              inNumPacketDescs,   //PacketDescs数量
    const AudioStreamPacketDescription * __nullable inPacketDescs   //PacketDescs参数
    

    inAQ参数填我们刚才创建的AudioQueueRef对象,inNumPacketDescs填0,inPacketDescs填NULL即可。inBuffer则为我们刚才创建的缓冲区对象,对象为结构体,属性如下:

    typedef struct AudioQueueBuffer {
        const UInt32                    mAudioDataBytesCapacity;
        void * const                    mAudioData;          //指向存放数据的指针
        UInt32                          mAudioDataByteSize;    //存放数据的大小
        void * __nullable               mUserData;
    
        const UInt32                    mPacketDescriptionCapacity;
        AudioStreamPacketDescription * const __nullable mPacketDescriptions;
        UInt32                          mPacketDescriptionCount;
    #ifdef __cplusplus
        AudioQueueBuffer() : mAudioDataBytesCapacity(0), mAudioData(0), mPacketDescriptionCapacity(0), mPacketDescriptions(0) { }
    #endif
    } AudioQueueBuffer;
    

    我们为第二个和第三个属性赋值即可,根据从文件读取到的实际值填入即可,不可超过缓冲对象的最大缓存空间。

    6、实现回调函数

    回调函数类型如下:

    typedef void (*AudioQueueOutputCallback)(
                                        void * __nullable       inUserData,
                                        AudioQueueRef           inAQ,
                                        AudioQueueBufferRef     inBuffer);
    

    第一个参数为自定义的对象,第二个为我们创建的AudioQueueRef对象,第三个为已经处理完毕的AudioQueueBufferRef缓冲区对象。
    我们把函数名称填入第二步的创建函数中的第二个参数即可。

    static void AudioPlayerAQInputCallback(void* inUserData,AudioQueueRef inAQ, AudioQueueBufferRef inBuffer) {
        //对inBuffer进行重新填数据,并填充到队列中去。
        NSLog(@"player callback");
    }
    

    当AudioQueueBufferRef播放完一个缓冲区对象的音频数据后就会调用回调函数,在回调函数返回已经播放了的缓冲区对象,我们的回调函数里面处理空的AudioQueueBufferRef对象,为空AudioQueueBufferRef对象重新填充新的数据,并重新调用AudioQueueEnqueueBuffer()函数填充到播放队列中去。循环调用回调函数,我们依次从文件读取数据循环填充,即实现播放功能。

    7、停止播放

    当我们需要停止播放时,调用停止的方法即可,方法也非常简单,如下:

    extern OSStatus
    AudioQueueStop(                     AudioQueueRef           inAQ,
                                        Boolean                 inImmediate)            API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    第一个参数为需要停止的AudioQueueRef对象,第二个参数表示是否需要立即停止,我们传入YES即可。当传入NO时,该函数会立即返回,但并不立即停止,而是处理完以填充在队里里面的缓存区对象后停止,停止为异步操作;传入YES时则会立即停止,并等待AudioQueue停止后返回,停止为同步操作。
    如果我们有需要也可以在停止后立即重置播放队列,函数如下:

    extern OSStatus
    AudioQueueReset(                    AudioQueueRef           inAQ)            API_AVAILABLE(macos(10.5), ios(2.0), watchos(2.0), tvos(9.0));
    

    参数为我们需要重置播放的队列对象,该方法会重置AudioQueueRef对象,并清空正在播放的缓冲区对象,我们又可以重新开始填充播放新的音频数据。

    最后欢迎大家留言交流,同时附上Demo和文档地址。
    Demo地址:https://github.com/XMSECODE/ESAudioQueueDemo
    AudioQueue框架的更详细的使用及文档可以查阅苹果官方文档:https://developer.apple.com/documentation/audiotoolbox/audio_queue_services

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