iOS音频播放(一)：概述

2019-11-07 23:42:10

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供稿：网友

从事音乐相关的app开发也已经有一段时日了，写这个系列的博客目的一方面希望能够抛砖引玉，另一方面也是希望能帮助国内其他的iOS开发者和爱好者少走弯路（我自己就遇到了不少的坑）。

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音频播放iOS音频播放

（本文转自码农人生）

前言

从事音乐相关的app开发也已经有一段时日了，在这过程中app的播放器几经修改，我也因此对于iOS下的音频播放实现有了一定的研究。写这个系列的博客目的一方面希望能够抛砖引玉，另一方面也是希望能帮助国内其他的iOS开发者和爱好者少走弯路（我自己就遇到了不少的坑）。本篇为《iOS音频播放》系列的第一篇，主要将对iOS下实现音频播放的方法进行概述。基础先来简单了解一下一些基础的音频知识。目前我们在计算机上进行音频播放都需要依赖于音频文件，音频文件的生成过程是将声音信息采样、量化和编码产生的数字信号的过程，人耳所能听到的声音，最低的频率是从20Hz起一直到最高频率20KHZ，因此音频文件格式的最大带宽是20KHZ。根据奈奎斯特的理论，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音，所以音频文件的采样率一般在40~50KHZ，比如最常见的CD音质采样率44.1KHZ。对声音进行采样、量化过程被称为脉冲编码调制（Pulse Code Modulation），简称PCM。PCM数据是最原始的音频数据完全无损，所以PCM数据虽然音质优秀但体积庞大，为了解决这个问题先后诞生了一系列的音频格式，这些音频格式运用不同的方法对音频数据进行压缩，其中有无损压缩（ALAC、APE、FLAC）和有损压缩（MP3、AAC、OGG、WMA）两种。目前最为常用的音频格式是MP3，MP3是一种有损压缩的音频格式，设计这种格式的目的就是为了大幅度的减小音频的数据量，它舍弃PCM音频数据中人类听觉不敏感的部分，从下面的比较图我们可以明显的看到MP3数据相比PCM数据明显矮了一截（图片引自imp3论坛）。

上图为pcm数据

上图为mp3数据 MP3格式中的码率（BitRate）代表了MP3数据的压缩质量，现在常用的码率有128kbit/s、160kbit/s、320kbit/s等等，这个值越高声音质量也就越高。MP3编码方式常用的有两种固定码率(Constant bitrate，CBR)和可变码率(Variable bitrate，VBR)。 MP3格式中的数据通常由两部分组成，一部分为ID3用来存储歌名、演唱者、专辑、音轨数等信息，另一部分为音频数据。音频数据部分以帧(frame)为单位存储，每个音频都有自己的帧头，如图所示就是一个MP3文件帧结构图（图片同样来自互联网）。MP3中的每一个帧都有自己的帧头，其中存储了码率、采样率等解码必须的信息，所以每一个帧都可以独立于文件存在和播放，这个特性加上高压缩比使得MP3文件成为了音频流播放的主流格式。帧头之后存储着音频数据，这些音频数据是若干个PCM数据帧经过压缩算法压缩得到的，对CBR的MP3数据来说每个帧中包含的PCM数据帧是固定的，而VBR是可变的。

iOS音频播放概述了解了基础概念之后我们就可以列出一个经典的音频播放流程（以MP3为例）： 1. 读取MP3文件2. 解析采样率、码率、时长等信息，分离MP3中的音频帧3. 对分离出来的音频帧解码得到PCM数据4. 对PCM数据进行音效处理（均衡器、混响器等，非必须）5. 把PCM数据解码成音频信号6. 把音频信号交给硬件播放7. 重复1-6步直到播放完成在iOS系统中apple对上述的流程进行了封装并提供了不同层次的接口（图片引自官方文档）。

CoreAudio的接口层次下面对其中的中高层接口进行功能说明： Audio File Services：读写音频数据，可以完成播放流程中的第2步；Audio File Stream Services：对音频进行解码，可以完成播放流程中的第2步；Audio Converter services：音频数据转换，可以完成播放流程中的第3步；Audio PRocessing Graph Services：音效处理模块，可以完成播放流程中的第4步；Audio Unit Services：播放音频数据：可以完成播放流程中的第5步、第6步；Extended Audio File Services：Audio File Services和Audio Converter services的结合体；AVAudioPlayer/AVPlayer(AVFoundation)：高级接口，可以完成整个音频播放的过程（包括本地文件和网络流播放，第4步除外）；Audio Queue Services：高级接口，可以进行录音和播放，可以完成播放流程中的第3、5、6步；OpenAL：用于游戏音频播放，暂不讨论可以看到apple提供的接口类型非常丰富，可以满足各种类别类需求：如果你只是想实现音频的播放，没有其他需求AVFoundation会很好的满足你的需求。它的接口使用简单、不用关心其中的细节；如果你的app需要对音频进行流播放并且同时存储，那么AudioFileStreamer加AudioQueue能够帮到你，你可以先把音频数据下载到本地，一边下载一边用NSFileHandler等接口读取本地音频文件并交给AudioFileStreamer或者AudioFile解析分离音频帧，分离出来的音频帧可以送给AudioQueue进行解码和播放。如果是本地文件直接读取文件解析即可。（这两个都是比较直接的做法，这类需求也可以用AVFoundation+本地server的方式实现，AVAudioPlayer会把请求发送给本地server，由本地server转发出去，获取数据后在本地server中存储并转送给AVAudioPlayer。另一个比较trick的做法是先把音频下载到文件中，在下载到一定量的数据后把文件路径给AVAudioPlayer播放，当然这种做法在音频seek后就回有问题了。）；如果你正在开发一个专业的音乐播放软件，需要对音频施加音效（均衡器、混响器），那么除了数据的读取和解析以外还需要用到AudioConverter来把音频数据转换成PCM数据，再由AudioUnit+AUGraph来进行音效处理和播放（但目前多数带音效的app都是自己开发音效模块来坐PCM数据的处理，这部分功能自行开发在自定义性和扩展性上会比较强一些。PCM数据通过音效器处理完成后就可以使用AudioUnit播放了，当然AudioQueue也支持直接使对PCM数据进行播放。）。下图描述的就是使用AudioFile + AudioConverter + AudioUnit进行音频播放的流程（图片引自官方文档）。