音视频开发之旅（36) -FFmpeg +OpenSL ES实现音频解码和播放

上一篇我们通过AudioTrack实现了FFmpeg解码后的PCM音频数据的播放，在Android上还有一种播放音频的方式即OpenSL ES, 什么是OpenSL ES，这个我们平时接触的很少，原因是平时业务中大部分播放可以通过Java层的MediaPlayer或者AudioTrack实现音频播放。如果遇到一些特殊的需求，比如添加音效等这是不容易实现。而OpenSL可以很好的解决此类问题，并且还有很多丰富的功能。下面我们一起来学习实践吧。

一、OpenSL ES基本介绍

1.1 OPenSL ES 是什么？

OpenSL ES (Open Sound Library for Embedded System) ,即嵌入式音频加速标准与 Android Java 框架中的 MediaPlayer 和 MediaRecorderAPI 提供类似的音频功能。OpenSL ES 提供 C 语言接口和 CPP 绑定，让您可以从使用任意一种语言编写的代码中调用 API。
相对MediaPlayer 和 MediaRecorderAPI 等java层API来说，OpenSL ES 则是比价低层级的 API, 属于 C 语言 API 。在开发中，一般会直接使用高级 API , 除非遇到性能瓶颈，如语音实时聊天、3D Audio 、某些 Effects 等，开发者可以直接通过 C/CPP开发基于 OpenSL ES 音频的应用, 提升应用的音频性能。

1.2 OpenSL ES有哪些能力呐？

我们通过下图的OpenSL ES使用指南中可以看到支持，音频的播放、混音、音效、以及录制等功能。

上述两种图片来自：官方指南：OpenSL ES

1.3 如何引入？

OpenSL ES 编程说明

OpenSL ES的库我们可以在NDK 软件包中找到

eg： $NDK_PATH_/platforms/android-30/arch-arm/usr/lib/libOpenSLES.so

引入方式只需要在CmakeList.txt的target_link_libraries中加入OpenSLES即可

target_link_libraries( native-libavformatavcodecavfilteravutilswresampleswscaleOpenSLES${log-lib})

1.4 对象与接口

OpenES SL虽然是面向过程的C语言编写的，但是以面向对象的思想提供了对象和接口，方便开发的在项目中使用。

OpenSL ES 对象类似于 Java 和 CPP 等编程语言中的对象概念，不过 OpenSL ES 对象仅能通过其关联接口进行访问。其中包括所有对象的初始接口，称为 SLObjectItf。对象本身没有句柄，只有一个连接到对象的 SLObjectItf 接口的句柄。
需要注意的是 OpenSL ES 对象不能直接使用，必须通过其 GetInterface 函数用ID号拿到指定接口（如播放器的播放接口），然后通过该接口来访问功能函数

OpenSL ES 对象是先创建的，它会返回 SLObjectItf，然后再实现 (realize),然后使用 GetInterface，为其需要的每种功能获取接口
音频播放会用到引擎、混音器以及播放器对象和接口，下一小节我们来看下具体流程。

二、OpenSL ES播放音频流程

图片来源： OpenSL-ES 官方文档

在CmakeList引入OpenSL库，然后在对应的CPP文件中导入相应的头文件即可使用OpenSL ES，具体流程如下

创建引擎对象SLObjectItf engineObj
初始化引擎 Realize
获取引擎接口 GetInterface SLEngineItf
创建混音器对象SLObjectItf outputMixObj
初始化混音器 Realize
设置输入输出数据参数
创建播放器对象 SLPlayItf playerObj
初始化播放器Realize
获取播放器接口 GetInterface
获取播放回调接口(即缓冲队列)SLAndroidSimpleBufferQueueItf bufferQueue
注册播放回调 `RegisterCallback
设置播放状态SetPlayState
等待音频帧加入队列触发播放回调(*mBufferQueue)->Enqueue
释放资源

具体参考官方提供的示例demo native-audio 是一个简单的音频录制器/播放器

三、OpenSL ES播放解码PCM的代码实现

了解了OpenSL ES的基本知识和使用流程，下面我们开始具体的代码实现。

#include <jni.h>
#include <string>
#include <unistd.h>extern "C" {
#include "include/libavcodec/avcodec.h"
#include "include/libavformat/avformat.h"
#include "include/log.h"
#include <libswscale/swscale.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libswresample/swresample.h>
#include <SLES/OpenSLES.h>
#include <SLES/OpenSLES_Android.h>
}//函数声明
jint playPcmBySL(JNIEnv *env,  jstring pcm_path);extern "C"
JNIEXPORT jint JNICALL
Java_android_spport_mylibrary2_Demo_decodeAudio(JNIEnv *env, jobject thiz, jstring video_path,jstring pcm_path) {....
//在音频解码完成后调用使用sl播放的函数playPcmBySL(env,pcm_path);
}// engine interfaces
static SLObjectItf engineObject = NULL;
static SLEngineItf engineEngine;// output mix interfaces
static SLObjectItf outputMixObject = NULL;
static SLEnvironmentalReverbItf outputMixEnvironmentalReverb = NULL;static SLObjectItf pcmPlayerObject = NULL;
static SLPlayItf pcmPlayerPlay;
static SLAndroidSimpleBufferQueueItf pcmBufferQueue;FILE *pcmFile;
void *buffer;
uint8_t *out_buffer;jint playPcmBySL(JNIEnv *env, const _jstring *pcm_path);// aux effect on the output mix, used by the buffer queue player
static const SLEnvironmentalReverbSettings reverbSettings = SL_I3DL2_ENVIRONMENT_PRESET_STONECORRIDOR;//播放回调
void playerCallback(SLAndroidSimpleBufferQueueItf bufferQueueItf, void *context) {if (bufferQueueItf != pcmBufferQueue) {LOGE("SLAndroidSimpleBufferQueueItf is not equal");return;}while (!feof(pcmFile)) {size_t size = fread(out_buffer, 44100 * 2 * 2, 1, pcmFile);if (out_buffer == NULL || size == 0) {LOGI("read end %ld", size);} else {LOGI("reading %ld", size);}buffer = out_buffer;break;}if (buffer != NULL) {LOGI("buffer is not null");SLresult result = (*pcmBufferQueue)->Enqueue(pcmBufferQueue, buffer, 44100 * 2 * 2);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("pcmBufferQueue error %d",result);}}}jint playPcmBySL(JNIEnv *env,  jstring pcm_path) {const char *pcmPath = env->GetStringUTFChars(pcm_path, NULL);pcmFile = fopen(pcmPath, "r");if (pcmFile == NULL) {LOGE("open pcmfile error");return -1;}out_buffer = (uint8_t *) malloc(44100 * 2 * 2);//1. 创建引擎`
//    SLresult result;
//1.1 创建引擎对象SLresult result = slCreateEngine(&engineObject, 0, 0, 0, 0, 0);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("slCreateEngine error %d", result);return -1;}//1.2 实例化引擎result = (*engineObject)->Realize(engineObject, SL_BOOLEAN_FALSE);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("Realize engineObject error");return -1;}//1.3获取引擎接口SLEngineItfresult = (*engineObject)->GetInterface(engineObject, SL_IID_ENGINE, &engineEngine);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("GetInterface SLEngineItf error");return -1;}slCreateEngine(&engineObject, 0, 0, 0, 0, 0);(*engineObject)->Realize(engineObject, SL_BOOLEAN_FALSE);(*engineObject)->GetInterface(engineObject, SL_IID_ENGINE, &engineEngine);//获取到SLEngineItf接口后，后续的混音器和播放器的创建都会使用它//2. 创建输出混音器const SLInterfaceID ids[1] = {SL_IID_ENVIRONMENTALREVERB};const SLboolean req[1] = {SL_BOOLEAN_FALSE};//2.1 创建混音器对象result = (*engineEngine)->CreateOutputMix(engineEngine, &outputMixObject, 1, ids, req);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("CreateOutputMix  error");return -1;}//2.2 实例化混音器result = (*outputMixObject)->Realize(outputMixObject, SL_BOOLEAN_FALSE);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE("outputMixObject Realize error");return -1;}//2.3 获取混音接口 SLEnvironmentalReverbItfresult = (*outputMixObject)->GetInterface(outputMixObject, SL_IID_ENVIRONMENTALREVERB,&outputMixEnvironmentalReverb);if (SL_RESULT_SUCCESS == result) {result = (*outputMixEnvironmentalReverb)->SetEnvironmentalReverbProperties(outputMixEnvironmentalReverb, &reverbSettings);}//3 设置输入输出数据源
//setSLData();
//3.1 设置输入 SLDataSourceSLDataLocator_AndroidSimpleBufferQueue loc_bufq = {SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE,2};SLDataFormat_PCM formatPcm = {SL_DATAFORMAT_PCM,//播放pcm格式的数据2,//2个声道（立体声）SL_SAMPLINGRATE_44_1,//44100hz的频率SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16,//位数 16位SL_PCMSAMPLEFORMAT_FIXED_16,//和位数一致就行SL_SPEAKER_FRONT_LEFT | SL_SPEAKER_FRONT_RIGHT,//立体声（前左前右）SL_BYTEORDER_LITTLEENDIAN//结束标志};SLDataSource slDataSource = {&loc_bufq, &formatPcm};//3.2 设置输出 SLDataSinkSLDataLocator_OutputMix loc_outmix = {SL_DATALOCATOR_OUTPUTMIX, outputMixObject};SLDataSink audioSnk = {&loc_outmix, NULL};//4.创建音频播放器//4.1 创建音频播放器对象const SLInterfaceID ids2[1] = {SL_IID_BUFFERQUEUE};const SLboolean req2[1] = {SL_BOOLEAN_TRUE};result = (*engineEngine)->CreateAudioPlayer(engineEngine, &pcmPlayerObject, &slDataSource, &audioSnk,1, ids2, req2);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" CreateAudioPlayer error");return -1;}//4.2 实例化音频播放器对象result = (*pcmPlayerObject)->Realize(pcmPlayerObject, SL_BOOLEAN_FALSE);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" pcmPlayerObject Realize error");return -1;}//4.3 获取音频播放器接口result = (*pcmPlayerObject)->GetInterface(pcmPlayerObject, SL_IID_PLAY, &pcmPlayerPlay);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" SLPlayItf GetInterface error");return -1;}//5. 注册播放器buffer回调 RegisterCallback//5.1  获取音频播放的buffer接口 SLAndroidSimpleBufferQueueItfresult = (*pcmPlayerObject)->GetInterface(pcmPlayerObject, SL_IID_BUFFERQUEUE, &pcmBufferQueue);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" SLAndroidSimpleBufferQueueItf GetInterface error");return -1;}//5.2 注册回调 RegisterCallbackresult = (*pcmBufferQueue)->RegisterCallback(pcmBufferQueue, playerCallback, NULL);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" SLAndroidSimpleBufferQueueItf RegisterCallback error");return -1;}//6. 设置播放状态为Playingresult = (*pcmPlayerPlay)->SetPlayState(pcmPlayerPlay, SL_PLAYSTATE_PLAYING);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" SetPlayState  error");return -1;}//7.触发回调playerCallback(pcmBufferQueue,NULL);return 0;
}

OpenSL ES 还有更多丰富的功能，比如，混音、设置音量、录音、播放url或者assert中的音频。详细了解可以查看官方文档和NDK的demo，

本篇就学习实践到这里，越学习发下身边优秀的人越多，自己不会的东西、要学习的就越多，抓住一个核心痛点，一起学习实践吧。

代码已上传至github。[https://github.com/ayyb1988/ffmpegvideodecodedemo] 欢迎交流，一起学习成长。

四、遇到的问题

问题1: 拿到混音接口对象后没有SetEnvironmentalReverbProperties设置后result不为0导致家了为0判断，导致这里一直提示出错。
解决方案，去掉此处的result检查，官方的demo也返回一样的值16

   result = (*outputMixObject)->GetInterface(outputMixObject, SL_IID_ENVIRONMENTALREVERB,&outputMixEnvironmentalReverb);if (SL_RESULT_SUCCESS == result) {result = (*outputMixEnvironmentalReverb)->SetEnvironmentalReverbProperties(outputMixEnvironmentalReverb, &reverbSettings);if (SL_RESULT_SUCCESS != result) {LOGE(" SetEnvironmentalReverbProperties error");return -1;}}改为如下：
result = (*outputMixEnvironmentalReverb)->SetEnvironmentalReverbProperties(outputMixEnvironmentalReverb, &reverbSettings);

问题2: 创建播放器对象一直为空，导致无法播放

原因：给SLData 设置数据源时
SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE错误的写成了SL_DATALOCATOR_ANDROIDBUFFERQUEUE

    SLDataLocator_AndroidSimpleBufferQueue loc_bufq =      {SL_DATALOCATOR_ANDROIDBUFFERQUEUE, 2};-->改为SLDataLocator_AndroidSimpleBufferQueue loc_bufq = {SL_DATALOCATOR_ANDROIDSIMPLEBUFFERQUEUE,2};

问题3. 播放音频时音频卡住不断重复

    while (!feof(pcmFile)) {size_t size = fread(out_buffer, 44100 * 2 * 2, 1, pcmFile);if (out_buffer == NULL || size == 0) {LOGI("read end %ld", size);} else {LOGI("reading %ld", size);}buffer = out_buffer;//原因是，忘记跳出循环了break;}

在学习的初期一个小错误就可能折腾几个小时，在采用逐步排查流程和查看细节、以及和可运行的demo进行对比分析排查出问题所在。
根源还在于不够细心和理解的不透彻。