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聊聊Android的音频架构

发布时间:2021-01-22 11:32:01 阅读: 来源:钢制展柜厂家

Android系统迅速崛起,超越iOS和Symbian成为第一大智能设备操作系统,它的占有率还有迅速扩张的趋势,将有大量的多媒体设备采用这个系统,那么Android是否适合作为影音设备的操作系统使用呢?我们今天就来了解一下Android的音频架构。

Android 基于Linux,我们先来了解一下Linux的特点。Linux使用ALSA作为其音频架构,其全称Advanced Linux Sound Architecture,即高级Linux声音架构的意思,在2.6核心之后,ALSA成为了Linux系统默认的音频子架构。取代了之前的OSS[Open Sound System,开放式声音系统。

Linux ALSA音频架构示意

ALSA并不太好理解,它首先是一个驱动库,包含了大量的声卡设备的开源驱动,并提供了核心层API与ALSA库通信,而ALSA库则是应用程序访问和操控音频硬件的中间层,这个中间层有标准接口,开发者可以无须考虑硬件差异性进行开发,它对提升开发效率是大有帮助的。ALSA可以向下兼容OSS,因为OSS已经被淘汰,其兼容的工作模式不再讨论。

Android 系统下的ALSA库文件

这个体系被继承到了Android当中。在Android2.2[含2,2]之前,系统文件夹中能找到一个的文件,这就是ALSA库文件,其他应用程序调用它,与声卡设备进行指令和数据通信。Android音频架构与Linux的并无本质区别。

在桌面版本的Linux当中,为了兼容各类声卡,Linux也设置了一个SRC[Sample Rate Converter,采样频率转换]的环节,当当前采样率低于48kHz时强制SRC到48kHz输出。这个SRC环节位于ALSA的插件模块中的混音器部分。Android针对这个进行了改进。

Meizu 魅族 M9 智能手机-频率扫描,录音端增益20dB

Meizu 魅族 M9 智能手机-48kHz频率扫描,录音端增益20dB

Huawei 华为 U8800 智能手机-48kHz频率扫描

Lenovo 联想 乐Pad 平板电脑-48kHz频率扫描

Malata 万利达 Zpad T8 平板电脑-48kHz频率扫描

SmartQ 智器 T10 平板电脑-48kHz频率扫描

Android增加了一个AudioFinger,这个可以简单的理解为Android的ALSA音频子系统的标准化的插件模块,它包含了AudioMixer[混音器]、AudioResampler[重采样]等子模块,AudioResampler即我们理解的SRC,Android换了一个新名称而已。针对SRC,Android做了改进,但改进并不是以去除SRC为目的,而是修改了默认的输出频率,Android的SRC目标采样率为44.1kHz,非该值的采样率都将SRC处理。例如播放48kHz采样率的信号,输出的最终是44.1kHz,这对音质将产生负面影响。这个可以通过测试证明。

对比这一组结果就能看出SRC对音质的破坏性。这问题不只是魅族 M9存在。几乎存在于所有的Android设备当中。

ALSA是一个针对Linux 桌面版本设计的音频架构,它实际上是不适合智能终端设备的,起码里面大量的开源驱动代码是可以去除的,对与Android来说,这些都是废代码。从Android2.3起,启用了一个新的音频架构。它放弃了一直使用的ALSA架构,因此系统文件夹中,也不再有这个文件。

Android2.3的系统文件夹下已经没有了ALSA库文件

Android 2.3后的音频架构示意

Android2.3起,架构已经做了修改,在针对内部代码进行了优化,去除了冗余代码,理论上让系统能变得更加高效,可以将新架构理解为一个精简的或者为智能终端设备定制的ALSA架构。遗憾的是,它同样存在SRC严重劣化的问题,通过测试可以证明。

HTC HD2 @Android 2.3 智能手机-48kHz频率扫描

测试可以发现,Android 2.3的新架构对音质起不到正面作用。

ASUS 华硕 Eee Pad Transformer TF101 平板电脑-48kHz频率扫描

Android 3.0专门为平板电脑设计,影音体验变得更加重要了,是不是新系统在音质方面会有新的的进步呢,测试结果依然是令人失望的。

Android系统将采样率同一为44.1kHz输出,这造成了诸多限制,它将无法实现96kHz、192kHz高清音频节目的良好回放,大量视频节目源自DVD或者蓝光碟,其采用率多为48kHz,Android设备在回放这些视频节目时,音质也将大打折扣。

理论上软件SRC可以通过更换算法来实现音质提升,但却不太现实,智能终端所采用的CPU多为ARM,ARM芯片的浮点运算力有限,而SRC需要大量的浮点运算的资源,即便有了高质量的SRC算法,其运算也是以牺牲设备性能和耗电量为代价的,实用性差。

从Android的音频架构及流程分析,可以认为,播放44.1kHz采样率的音乐节目时,不会引发SRC,音质因此可以获得保证,理论上确实如此。但它同样存在问题,不管是之前的ALSA架构还是Android2.3之后改良的架构,其驱动库都位于核心层,也就意味着音频设备厂商、用户无法象PC平台那样安装驱动来改善音质。实际测试也表明,Android设备音质普遍偏差,Soomal有大量测试可以证明。

我们再把目光投向iOS,iOS非常封闭,我们甚至无法获知其架构的具体构成,但iOS设备不存在硬件设备多样性的问题,因此要实现更好音质也会更加简单。iOS可以实现针对性的开发和改良,以实现更好的音质。实际情况也是如此,目前为止,还没有一款Android设备的音质可以媲美任意一款iOS设备,这种差距,我们认为不是来自硬件,而是操作系统。

Android音频架构的局限性也使得其难以成为优质的影音平台,如果你希望设计一款基于Android的高清影音播放器,那么首先需要做的不是设计硬件,而是去修改现有架构的不足,或者干脆设计一个专用的架构来取代Android的通用架构。从源代码分析,Android和原生的Linux底层能支持各种采样率,开源也使得其具有改造基础,因此,在技术实力强劲的公司手里,Android也可以乌鸡变凤凰。

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