iOS中声音采集与播放的实现（使用AudioQueue）

都说iOS最恶心的部分是流媒体，其中恶心的恶心之处更在即时语音。

所以我们先不谈即时语音，研究一下，iOS中声音采集与播放的实现。

要在iOS设备上实现录音和播放功能，苹果提供了简单的做法，那就是利用AVAudioRecorder和AVAudioPlayer。度娘大多数也是如此。但是这种方法有很大的局限性。单说说这种做法：录音，首先得设置录音文件路径，然后录音数据直接写入了文件。播放也是首先给出文件路径，等到音频整个加载完成了，才能开始播放。这相当不灵活。

我的做法是利用音频队列AudioQueue，将声音暂存至缓冲区，然后从缓冲区取出音频数据，进行播放。

声音采集：

使用AudioQueue框架以队列的形式处理音频数据。因此使用时需要给队列分配缓存空间，由回调（Callback）函数完成向队列缓存读写音频数据的功能。

一个Recording Audio Queue，包括Buffer(缓冲器)组成的Buffer Queue(缓冲队列)，以及一个Callback(回调)。实现主要步骤为：

1. 设置音频的参数
2. 准备并启动声音采集的音频队列
3. 在回调函数中处理采集到的音频Buffer，在这里是暂存在了一个Byte数组里，提供给播放端使用

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Record.h #import <Foundation/Foundation.h> #import <AudioToolbox/AudioToolbox.h> #import <CoreAudio/CoreAudioTypes.h> #import "AudioConstant.h"   // use Audio Queue   typedef struct AQCallbackStruct {     AudioStreamBasicDescription mDataFormat;     AudioQueueRef               queue;     AudioQueueBufferRef         mBuffers[kNumberBuffers];     AudioFileID                 outputFile;           unsigned long               frameSize;     long long                   recPtr;     int                         run;       } AQCallbackStruct;     @interface Record : NSObject {     AQCallbackStruct aqc;     AudioFileTypeID fileFormat;     long audioDataLength;     Byte audioByte[999999];     long audioDataIndex; } - (id) init; - (void) start; - (void) stop; - (void) pause; - (Byte *) getBytes; - (void) processAudioBuffer:(AudioQueueBufferRef) buffer withQueue:(AudioQueueRef) queue;   @property (nonatomic, assign) AQCallbackStruct aqc; @property (nonatomic, assign) long audioDataLength; @end

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Record.mm #import "Record.h"   @implementation Record @synthesize aqc; @synthesize audioDataLength;   static void AQInputCallback (void                   * inUserData,                              AudioQueueRef          inAudioQueue,                              AudioQueueBufferRef    inBuffer,                              const AudioTimeStamp   * inStartTime,                              unsigned long          inNumPackets,                              const AudioStreamPacketDescription * inPacketDesc) {           Record * engine = (__bridge Record *) inUserData;     if (inNumPackets > 0)     {         [engine processAudioBuffer:inBuffer withQueue:inAudioQueue];     }           if (engine.aqc.run)     {         AudioQueueEnqueueBuffer(engine.aqc.queue, inBuffer, 0, NULL);     } }   - (id) init {     self = [super init];     if (self)     {         aqc.mDataFormat.mSampleRate = kSamplingRate;         aqc.mDataFormat.mFormatID = kAudioFormatLinearPCM;         aqc.mDataFormat.mFormatFlags = kLinearPCMFormatFlagIsSignedInteger |kLinearPCMFormatFlagIsPacked;         aqc.mDataFormat.mFramesPerPacket = 1;         aqc.mDataFormat.mChannelsPerFrame = kNumberChannels;         aqc.mDataFormat.mBitsPerChannel = kBitsPerChannels;         aqc.mDataFormat.mBytesPerPacket = kBytesPerFrame;         aqc.mDataFormat.mBytesPerFrame = kBytesPerFrame;         aqc.frameSize = kFrameSize;                   AudioQueueNewInput(&aqc.mDataFormat, AQInputCallback, (__bridge void *)(self), NULL, kCFRunLoopCommonModes,0, &aqc.queue);                   for (int i=0;i<kNumberBuffers;i++)         {             AudioQueueAllocateBuffer(aqc.queue, aqc.frameSize, &aqc.mBuffers[i]);             AudioQueueEnqueueBuffer(aqc.queue, aqc.mBuffers[i], 0, NULL);         }         aqc.recPtr = 0;         aqc.run = 1;     }     audioDataIndex = 0;     return self; }   - (void) dealloc {     AudioQueueStop(aqc.queue, true);     aqc.run = 0;     AudioQueueDispose(aqc.queue, true); }   - (void) start {     AudioQueueStart(aqc.queue, NULL); }   - (void) stop {     AudioQueueStop(aqc.queue, true); }   - (void) pause {     AudioQueuePause(aqc.queue); }   - (Byte *)getBytes {     return audioByte; }   - (void) processAudioBuffer:(AudioQueueBufferRef) buffer withQueue:(AudioQueueRef) queue {     NSLog(@"processAudioData :%ld", buffer->mAudioDataByteSize);     //处理data：忘记oc怎么copy内存了，于是采用的C++代码，记得把类后缀改为.mm。同Play     memcpy(audioByte+audioDataIndex, buffer->mAudioData, buffer->mAudioDataByteSize);     audioDataIndex +=buffer->mAudioDataByteSize;     audioDataLength = audioDataIndex; }   @end

声音播放：

同采集一样，播放主要步骤如下：

1. 设置音频参数（需和采集时设置参数一样）
2. 取得缓存的音频Buffer
3. 准备并启动声音播放的音频队列
4. 在回调函数中处理Buffer

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Play.h #import <Foundation/Foundation.h> #import <AudioToolbox/AudioToolbox.h>   #import "AudioConstant.h"   @interface Play : NSObject {     //音频参数     AudioStreamBasicDescription audioDescription;     // 音频播放队列     AudioQueueRef audioQueue;     // 音频缓存     AudioQueueBufferRef audioQueueBuffers[QUEUE_BUFFER_SIZE]; }   -(void)Play:(Byte *)audioByte Length:(long)len;   @end

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Play.mm   #import "Play.h"   @interface Play() {     Byte *audioByte;     long audioDataIndex;     long audioDataLength; } @end   @implementation Play   //回调函数(Callback)的实现 static void BufferCallback(void *inUserData,AudioQueueRef inAQ,AudioQueueBufferRef buffer){           NSLog(@"processAudioData :%u", (unsigned int)buffer->mAudioDataByteSize);           Play* player=(__bridge Play*)inUserData;           [player FillBuffer:inAQ queueBuffer:buffer]; }   //缓存数据读取方法的实现 -(void)FillBuffer:(AudioQueueRef)queue queueBuffer:(AudioQueueBufferRef)buffer {     if(audioDataIndex + EVERY_READ_LENGTH < audioDataLength)     {         memcpy(buffer->mAudioData, audioByte+audioDataIndex, EVERY_READ_LENGTH);         audioDataIndex += EVERY_READ_LENGTH;         buffer->mAudioDataByteSize =EVERY_READ_LENGTH;         AudioQueueEnqueueBuffer(queue, buffer, 0, NULL);     }       }   -(void)SetAudioFormat {     ///设置音频参数     audioDescription.mSampleRate  = kSamplingRate;//采样率     audioDescription.mFormatID    = kAudioFormatLinearPCM;     audioDescription.mFormatFlags =  kAudioFormatFlagIsSignedInteger;//|kAudioFormatFlagIsNonInterleaved;     audioDescription.mChannelsPerFrame = kNumberChannels;     audioDescription.mFramesPerPacket  = 1;//每一个packet一侦数据     audioDescription.mBitsPerChannel   = kBitsPerChannels;//av_get_bytes_per_sample(AV_SAMPLE_FMT_S16)*8;//每个采样点16bit量化     audioDescription.mBytesPerFrame    = kBytesPerFrame;     audioDescription.mBytesPerPacket   = kBytesPerFrame;           [self CreateAudioQueue]; }   -(void)CreateAudioQueue {     [self Cleanup];     //使用player的内部线程播     AudioQueueNewOutput(&audioDescription, BufferCallback, (__bridge void *)(self), nil, nil, 0, &audioQueue);     if(audioQueue)     {         ////添加buffer区         for(int i=0;i<QUEUE_BUFFER_SIZE;i++)         {             int result =  AudioQueueAllocateBuffer(audioQueue, EVERY_READ_LENGTH, &audioQueueBuffers[i]);             ///创建buffer区，MIN_SIZE_PER_FRAME为每一侦所需要的最小的大小，该大小应该比每次往buffer里写的最大的一次还大             NSLog(@"AudioQueueAllocateBuffer i = %d,result = %d",i,result);         }     } }   -(void)Cleanup {     if(audioQueue)     {         NSLog(@"Release AudioQueueNewOutput");                   [self Stop];         for(int i=0; i < QUEUE_BUFFER_SIZE; i++)         {             AudioQueueFreeBuffer(audioQueue, audioQueueBuffers[i]);             audioQueueBuffers[i] = nil;         }         audioQueue = nil;     } }   -(void)Stop {     NSLog(@"Audio Player Stop");           AudioQueueFlush(audioQueue);     AudioQueueReset(audioQueue);     AudioQueueStop(audioQueue,TRUE); }   -(void)Play:(Byte *)byte Length:(long)len {     [self Stop];     audioByte = byte;     audioDataLength = len;           NSLog(@"Audio Play Start >>>>>");           [self SetAudioFormat];           AudioQueueReset(audioQueue);     audioDataIndex = 0;     for(int i=0; i<QUEUE_BUFFER_SIZE; i++)     {         [self FillBuffer:audioQueue queueBuffer:audioQueueBuffers[i]];     }     AudioQueueStart(audioQueue, NULL); }   @end

以上，实现了通过内存缓存，声音的采集和播放，包括了声音采集，暂停，结束，播放等主要流程。

PS:由于本人水品有限加之这方面资料较少，只跑通了正常流程，暂时没做异常处理。采集的声音Buffer限定大小每次只有十来秒钟的样子，这个留给需要的人自己去优化了。

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