Android音频焦点及混音策略

1.前言

1.1 音频焦点官方解读

两个或两个以上的 Android 应用可同时向同一输出流播放音频。系统会将所有音频流混合在一起。虽然这是一项出色的技术，但却会给用户带来很大的困扰。为了避免所有音乐应用同时播放，Android 引入了“音频焦点”的概念。一次只能有一个应用获得音频焦点。

当您的应用需要输出音频时，它需要请求获得音频焦点，获得焦点后，就可以播放声音了。不过，在您获得音频焦点后，您可能无法将其一直持有到播放完成。其他应用可以请求焦点，从而占有您持有的音频焦点。如果发生这种情况，您的应用应暂停播放或降低音量，以便于用户听到新的音频源。

1.2 案例说明解读

1).如果手机上安装了两个音频播放器，当一个正在播放的时候，打开第二个播放歌曲，有没有发现第一个自动暂停了。

2).如果你在听音频的同时，又去打开了其它视频APP，你会发现音频APP暂停播放了。

3).如果你正在听音频或者看视频时，来电话了，那么音视频便会暂停。挂了电话后音乐又继续播放，视频则需要点击按钮播放，是不是很奇怪

4).当你收到消息，比如微信消息，并且有消息声音的时候，那么听音频的那一瞬间，音频的声音会变小了，然后过会儿又恢复了。是不是很有意思。

别蒙圈，这个就叫做音频捕获和丢弃焦点。

1.3为什么要处理音频焦点问题

如果不处理捕获与丢弃音频焦点的话，那么同时开几个音视频播放器，就会出现多个声音；

这是一种不好的体验。如下图：

图1

图2

1.4 Vehicle为什么要混音呢？

Vehicle混音场景使用较频繁，常用的场景如下：

媒体播放(音乐 + 收音 + 视频) + 导航场景
媒体播放(音乐 + 收音 + 视频) + 语音提示

2. APP规范化

2.1 遵守音频焦点准则

行为恰当的音频应用应根据以下一般准则来管理音频焦点：

在即将开始播放之前调用 requestAudioFocus()，并验证调用是否返回 AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED。如果按照本指南中的说明设计应用，则应在媒体会话的 onPlay() 回调中调用 requestAudioFocus()。
在其他应用获得音频焦点时，停止或暂停播放，或降低音量。
播放停止后，放弃音频焦点。

运行的 Android 版本不同，音频焦点的处理方式也会不同：

从Android 2.2（API 级别 8）开始，应用通过调用 requestAudioFocus() 和 abandonAudioFocus() 来管理音频焦点。应用还必须为这两个调用注册 AudioManager.OnAudioFocusChangeListener，以便接收回调并管理自己的音量。
对于以 Android 5.0（API 级别 21）及更高版本为目标平台的应用，音频应用应使用 AudioAttributes 来描述应用正在播放的音频类型。例如，播放语音的应用应指定 CONTENT_TYPE_SPEECH。
面向 Android 8.0（API 级别 26）或更高版本的应用应使用 requestAudioFocus() 方法，该方法会接受 AudioFocusRequest 参数。AudioFocusRequest 包含有关应用的音频上下文和功能的信息。系统使用这些信息来自动管理音频焦点的得到和失去。

2.2 请求音频焦点

获取音频焦点的第一个步骤是先向系统发出申请焦点的消息。注意这只是发出请求，并非直接获取。为了申请到音频聚焦，您必须向系统描述好您的意图。介绍四个常见音频焦点类型：

AUDIOFOCUS_GAIN的使用场景：应用需要聚焦音频的时长会根据用户的使用时长改变，属于不确定期限。例如：多媒体播放或者播客等应用。
AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_MAY_DUCK的使用场景：应用只需短暂的音频聚焦，来播放一些提示类语音消息，或录制一段语音。例如：闹铃，导航等应用。
AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT的使用场景：应用只需短暂的音频聚焦，但包含了不同响应情况，例如：电话、QQ、微信等通话应用。
AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_EXCLUSIVE 的使用场景：同样您的应用只是需要短暂的音频聚焦。未知时长，但不允许被其它应用截取音频焦点。例如：录音软件。

在音频焦点成功获取后，该方法会返回AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED常量，否则，会返回AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED常量。

音频焦点处理逻辑：

在service的oncreate方法中调用初始化方法
在播放音频的时候开始请求捕获音频焦点
在音频销毁的时候开始丢弃音频焦点

1). Android O之前版本，需要用到 AudioFocusRequest，只需实现 AudioManager.OnAudioFocusChangeListener 接口。代码如下：

AudioManager mAudioManager = (AudioManager) mContext.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
int focusRequest = mAudioManager.requestAudioFocus(
..., // Need to implement listener
       AudioManager.STREAM_MUSIC,
       AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN);
switch (focusRequest) {
   case AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED:
     //请求焦点失败-->不允许播放
   case AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED:
     //请求焦点成功->开始播放
}

2). Android O以及更新的版本上 必须使用 builder 来实例化一个 AudioFocusRequest 类。（在 builder 中必须指明请求的音频焦点类型），接口代码如下：

audioManager = (AudioManager) Context.getSystemService(Context.AUDIO_SERVICE);
    playbackAttributes = new AudioAttributes.Builder()
            .setUsage(AudioAttributes.USAGE_GAME)
            .setContentType(AudioAttributes.CONTENT_TYPE_MUSIC)
            .build();
    focusRequest = new AudioFocusRequest.Builder(AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN)
            .setAudioAttributes(playbackAttributes)
            .setAcceptsDelayedFocusGain(true)
            .setOnAudioFocusChangeListener(afChangeListener, handler)
            .build();
    mediaPlayer = new MediaPlayer();
    final Object focusLock = new Object();
    boolean playbackDelayed = false;
    boolean playbackNowAuthorized = false;
    // ...
    int res = audioManager.requestAudioFocus(focusRequest);
    synchronized(focusLock) {
        if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_FAILED) {
            //请求焦点失败-->不允许播放
        } else if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_GRANTED) {
            //请求焦点成功->开始播放
        } else if (res == AudioManager.AUDIOFOCUS_REQUEST_DELAYED) {
            //延时焦点
        }
    }
    // ...

延时焦点-场景案例：

假如当用户在通话中打开游戏，他们想玩游戏，不想听到游戏声音。但是当他们通话结束的时候他们想听到游戏声音（通话应用暂时持有音频焦点）。如果您的应用支持延迟音频聚焦，会发生如下情况：

当您的应用申请音频焦点的时候，会被拒绝并锁住，通话应用继续持有音频焦点，您的应用因此不播放音频。因为您的应用是游戏，可以正常继续操作，只是没有声音。
当通话结束，您的应用会被授权延迟音频聚焦。这个授权是来自刚才申请音频聚焦被拒绝后锁住的那个请求，它只是被延迟一段时间后再授权给您。您可以像上文建议应对音频焦点得失的处理方式那样处理，在本例中，此时便可以开始恢复播放。目前低于 Android O 的版本是不支持延迟音频聚焦这个功能的，所以本用例在其它版本下，应用并不会延迟获得音频焦点。

2.3 响应音频焦点的状态改变

一旦获得音频聚焦，您的应用要马上做出响应，因为它的状态可能在任何时间发生改变（丢失或重新获取），您可以实现 OnAudioFocusChangeListener 的来响应状态改变。

以下代码展示了 OnAudioFocusChangeListener 接口的实现，它处理了与 Google Assistant 应用协同工作的时候，音频焦点的各种状态的变化。

状态说明：

AUDIOFOCUS_GAIN：重新获取音频焦点。
AUDIOFOCUS_LOSS：永久性失去音频焦点，则其他应用会播放音频。您的应用应立即暂停播放，清理资源；因为它不会收到 AUDIOFOCUS_GAIN 回调。
AUDIOFOCUS_ LOSS_TRANSIENT：暂时失去音频焦点，但是很快就会重新获得，在此状态应该暂停所有音频播放，但是不能清除资源，
AUDIOFOCUS_ LOSS_TRANSIENT _CAN_DUCK：暂时失去音频焦点，应用应该降低音量（如果您不依赖于自动降低音量），允许持续播放音频(以很小的声音)，不需要完全停止播放。

//焦点状态改变
@Override
public void onAudioFocusChange(int focusChange) {
	int volume;
	switch (focusChange) {
		// 重新获得焦点
        //如果通话结束，恢复播放；获取音量并且恢复音量。这个情景应该经常遇到
		case AudioManager.AUDIOFOCUS_GAIN:
			if (!willPlay() && isPausedByFocusLossTransient) {
				// 通话结束，恢复播放
				mPlayService.playPause();
			}
			//获取音量
			volume = mAudioManager.getStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC);
			if (mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck > 0 && volume ==
					mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck / 2) {
				// 恢复音量
				mAudioManager.setStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC,
						mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck, AudioManager.FLAG_REMOVE_SOUND_AND_VIBRATE);
			}

			isPausedByFocusLossTransient = false;
			mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck = 0;
			break;
		// 永久丢失焦点，如被其他播放器抢占，释放焦点
        // 必须停止所有的audio播放，清理资源
		case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS:
			if (willPlay()) {
				forceStop();
			}
			break;
		// 短暂丢失焦点，比如来了电话或者微信视频音频聊天等等
        // 但是很快就会重新获得，在此状态应该暂停所有音频播放，但是不能清除资源
		case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT:
			if (willPlay()) {
				forceStop();
				isPausedByFocusLossTransient = true;
			}
			break;
		// 瞬间丢失焦点，如通知，导航
        // 暂时失去 audio focus，但是允许持续播放音频(以很小的声音)，不需要完全停止播放。
		case AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT_CAN_DUCK:
			// 音量减小为一半
			volume = mAudioManager.getStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC);
			if (willPlay() && volume > 0) {
				mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck = volume;
				mAudioManager.setStreamVolume(AudioManager.STREAM_MUSIC,
						mVolumeWhenFocusLossTransientCanDuck / 2,
						AudioManager.FLAG_REMOVE_SOUND_AND_VIBRATE);
			}
			break;
		default:
			break;
	}

失去焦点的三种类型：

失去短暂焦点 (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT)
失去永久焦点 (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS)
Ducking (AudioManager.AUDIOFOCUS_LOSS_TRANSIENT_CAN_DUCK)

场景：

当永久丢失焦点，比如同时打开播放器，则停止或者暂停播放，否则出现两个声音
当短暂丢失焦点，比如比如来了电话或者微信视频音频聊天等等，则暂停或者停止播放
当瞬间丢失焦点，比如手机来了通知/导航。前提是你的通知是震动或者声音时，会短暂地将媒体音量减小一半；当然你也可以减小三分之一。

重新获得焦点场景：

当重新获得焦点的时候，如果通话结束，恢复播放；获取音量并且恢复音量。这个情景应该经常遇到。

2.4 释放音频焦点

播放完音频，记得使用 AudioManager.abandonAudioFocus(...) 来释放掉音频焦点。在前面的步骤中，我们遇到了一个应用暂停播放应该释放音频焦点的情况，但是这个应用依旧保留了音频焦点。

// Abandon audio focus when playback complete
audioManager.abandonAudioFocus(afChangeListener);

如果要释放的client是在栈顶，则释放之后，让下一个栈顶的client获得了音频焦点。
如果要释放的client不是在栈顶，则只是移除这个记录，不需要更改当前音频焦点的占有情况。

2.5 APP音频焦点规范化后的效果：如下图

3. 混音策略

3.1 系统软件混音

通过上述音频焦点AUDIOFOCUS_GAIN_TRANSIENT_MAY_DUCK模式实现混音操作，或者在修改系统框架层，处理导航输出，压低媒体声音实现混音效果。

3.2 硬件混音

参考框架图：

如上硬件框架，软件设计如下：

NAV + Media混音时候，FM声道Mute，同时压低Media音量。
NAV + FM混音时候，Media声道Mute，同时压低FM音量。

4. 异常情况处理

4.1 导航APP未按音频焦点规范，系统如何处理？//主要涉及系统软件混音

处理方案如下：

软件混音：系统Framework层将第三方导航的声音绑定到STREAM_ALARM通道，系统媒体声音绑定到STREAM_MUSIC通道，通过设置不同通道的音量来实现混音效果。
如何获取当前使用的APP包名？

方法：ActivityThread.currentPackageName();//获取该Class在哪个package调用

//AudioAttributes 参考修改
Public AudioAttributes build(){
	...
	String mCurName = ActivityThread.currentPackageName();
	if(mCurName  != null  && mCurName .equals(“com.android.nav”))
	{
		//重置媒体ContentType
		mContentType = AudioManager.STREAM_ALARM；
		//重置mUsage 类型
		mUsage = USAGE_ALARM；
	}
	...
}

检测到是第三方导航请求音频焦点，那么通知媒体减低音量

4.2 第三方媒体播放器未按音频焦点规范，系统如何处理？

系统层强制切换焦点，将第三方APP焦点移除堆栈(或者清空堆栈)，将新请求的焦点移到栈顶，重新请求焦点。

4.3 未经过SOC处理的收音机FM/AM音频焦点及混音如何处理？

通过Native控制FM/AM的源切换
通过硬件混音实现
软件混音，通过Native控制driver压低FM/AM音量

音频焦点涉及相关代码路径：

frameworks/base/media/java/android/media/AudioFocusRequest.java

frameworks/base/media/java/android/media/AudioAttributes.java

frameworks/base/media/java/android/media/AudioManager.java

frameworks/base/media/java/android/media/AudioSystem.java

frameworks/base/media/java/android/media/AudioFocusInfo.java

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/AudioService.java

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/FocusRequest.java

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/audio/MediaFocusControl.java