播放和录制音频

张得意
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音频会话

AVAudioSession（即音频会话）参与，音频会话是应用程序和操作系统交互的中介者，通过语义描述来调度系统音频功能。

音频会话分类

AVFoundation定义了7中分类来描述应用程序所使用的音频行为，如下表。

分类作用是否允许混音音频输入音频输出
Ambient游戏、效率应用程序允许允许
Solo Ambient游戏、效率应用程序允许
Playback音频和视频播放器可选允许
Record录音机、音频捕捉允许
Play And RecordVoIP、语音聊天可选允许允许
Audio Processing离线会话和处理
Multi-Route使用外部硬件的高级 A/V 应用程序允许允许

当为应用程序选择合适的分类时，你需要思考一些问题。不如音频播放是核心功能还是次要功能？应用程序的音频是否可以和背景声音相混合？应用程序是否需要捕捉音频输入进行录制或通过网络发送音频？确定了应用程序的核心音频后，选择合适的分类就变得比较容易了。

配置音频会话

AVAudioSession的配置在应用程序的生命周期内可以修改，但通常只会对其配置一次，一般在启动方法application(_:didFinishLaunchingWithOptions:)中进行配置，如下代码所示：

- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
    AVAudioSession *session = [AVAudioSession sharedInstaance];
    NSError *error;
    if (![session setCategory:AVAudioSessionCategoryPlayback error:&error]) {
        NSLog(@"Category Error:%@",[error localizedDescription]);
    }
    if (![session setActive:YES error:&error]) {
        NSLog(@"ACtivation Error:%@",[error localizedDescription]);
    }
    
    return YES;

}
使用AVAudioPlayer播放音频

AVAudioPlayer是AV Foundation音频播放的首选，也可以说是整个iOS音频播放的首先，其提供了Audio Queue Service中所有核心功能，适合本地播放或对时延无敏感要求的场景。 AVAudioPlayer的创建有两类接口，一类是针对本地路径文件，如init(contentsOf: URL)，另一类是针对内存Data，如init(data: Data)，初始化参考代码如下所示：

NSURL *fileURL = ...;
self.player = ...
if (self.player) {
    [self.player prepareToPlay];
}

在初始化的时候建议先调用prepareToPlay()，是因为会在调用play()方法之前获取需要的音频硬件并预加载AudioQueue缓冲区，可以降低调用play()方法和听到声音输出之间的时延。如果不调用prepareToPlay()方法，在调用play()方法时也会隐式调用类似于prepareToPlay()之类的方法来激活音频

AVAudioPlayer提供了一些列关于播放的生命周期控制方法，如下所示：

  • play()：正式播放音频，可重新恢复被 pause 和 stop 停止的音频
  • pause()：暂停音频播放，可从 play 重新恢复，但不清除掉prepareToPlay 的内容
  • stop()：停止音频播放，清除掉 prepareToPlay 的内容，可从 play 重新恢复

AVAudioPlayer也提供了一部分音频控制的属性变量，如下所示：

  • volume：修改播放器的音量，范围从0.0~1.0，单位是浮点值
  • pan：播放器的声道，范围从-1（极左）到1.0（极右），默认值是0.0（居中）
  • rate：调整播放速率，从0.5~2.0
  • numberOfLoops: 循环播放次数，n > 0，实现 n 次播放，n = -1，表示无限循环
  • isMeteringEnabled: 是否启动音频计量，即输出音频的可视化计量数据
后台播放

在播放音频时，一个很常用的场景就是让App退出前台后，依然能在后台持续不断的播放音频直至用户停止。

想要在后台也能播放音频其实也不难，只需要两个步骤：

  1. 将音频会话的会话分类设置为Playback，该会话能让音频在手机静音情况下正常播放
  2. 需要在Info.plist文件中添加一个Required background modes类型数组，添加一个item项为App plays audio or streams audio/video using AirPlay

通过以上这两步，便可以让音频播放继续在后台服务。

中断处理

音频在播放时，有时候也会受到电话呼叫或Face Time呼叫，导致音频突然被中断，等到用户拒绝或者呼叫结束时，音频又开始从暂停位置重新播放。这一系列操作的成功实现，需要依赖AVAudioSession的中断通知，通过监听中断通知，当中断开始或中断结束，系统都会告诉外界发生的变化，示例代码如下所示：

func setupNotifications() {
    let nc = NotificationCenter.default
    nc.addObserver(self,
                   selector: #selector(handleInterruption),
                   name: AVAudioSession.interruptionNotification,
                   object: AVAudioSession.sharedInstance)
}

@objc func handleInterruption(notification: Notification) {
    
}
  • 中断通知会包含一个带有重要信息的userInfo，根据这个字典来决定音频的行为，暂停还是播放
  • handleInterruption(notification:)：用来集中处理中断通知

handleInterruption(notification:)中处理中断通知的代码示例：

@objc func handleInterruption(notification: Notification) {
    guard let userInfo = notification.userInfo,
        let typeValue = userInfo[AVAudioSessionInterruptionTypeKey] as? UInt,
        let type = AVAudioSession.InterruptionType(rawValue: typeValue) else {
            return
    }

    switch type {

    case .began:

    case .ended:
       
        guard let optionsValue = userInfo[AVAudioSessionInterruptionOptionKey] as? UInt else { return }
        let options = AVAudioSession.InterruptionOptions(rawValue: optionsValue)
        if options.contains(.shouldResume) {
           
        } else {
            
        }

    default: ()
    }
}
路线更换处理

在使用音乐软件时，经常会在有一个场景，比如从扬声器切换成耳机，或从耳机切换成扬声器等。有时候将耳机切换成扬声器时还继续播放用户的音频内容，是一件十分危险的事，这是因为可能用户目前听到的音频是十分隐私的内容。

正因为有这种需求场景，AVAudioSession提供了线路更换的通知，当手机设备上的线路（如扬声器切换成耳机）发生更改时，会触发AVAudioSession.routeChangeNotification通知给开发者，开发者需遵循《iOS用户体验规范》对音频实现播放或暂停等功能。

监听路线更换的通知示例代码如下所示：

func setupNotifications() {
    let nc = NotificationCenter.default
    nc.addObserver(self,
                   selector: #selector(handleRouteChange),
                   name: AVAudioSession.routeChangeNotification,
                   object: nil)
}

@objc func handleRouteChange(notification: Notification) {
}
  • 当输出音频或者输出设备发生变化时，都会发出该通知
  • notification 包含一个 userInfo 字典，可以获取通知发送的原因及前一个线路的描述

handleRouteChange(notification:) 处理代码示例：

@objc func handleRouteChange(notification: Notification) {
    // 获取线路是否发生变化以及变化的原因
    guard let userInfo = notification.userInfo,
        let reasonValue = userInfo[AVAudioSessionRouteChangeReasonKey] as? UInt,
        let reason = AVAudioSession.RouteChangeReason(rawValue: reasonValue) else {
            return
    }
    
    // 判断变化原因
    switch reason {

    case .newDeviceAvailable: //找到新设备
        let session = AVAudioSession.sharedInstance()
        headphonesConnected = hasHeadphones(in: session.currentRoute)
    
    case .oldDeviceUnavailable://老设备断开
        // 获取线路描述信息
        if let previousRoute =
            userInfo[AVAudioSessionRouteChangePreviousRouteKey] as? AVAudioSessionRouteDescription {
            headphonesConnected = hasHeadphones(in: previousRoute)
        }
    
    default: ()
    }
}

func hasHeadphones(in routeDescription: AVAudioSessionRouteDescription) -> Bool {
    // 找到第一个输出口，判断是否是耳机入口
    return !routeDescription.outputs.filter({$0.portType == .headphones}).isEmpty
}
使用AVAudioRecorder录制音频

AVAudioRecorder是AV Foundation上用来作音频录制的接口之一，是对Audio Queue Services的高级封装，使用AVAudioRecorder录制也不复杂。

AVAudioRecorder创建过程十分简单，主要有两步：

  1. 生成一个URL，附加给AVAudioRecorder作为音频流写入地址
  2. 生成一个字典settings，用来规范音频流的格式，同样附加给AVAudioRecorder

AVAudioRecorder创建过程的示例代码：

do {
    self.recorder = try AVAudioRecorder(url: fileURL, settings: setting)
    self.recorder.delegate = self
    self.recorder.isMeteringEnabled = true
    self.recorder.prepareToRecord()
} catch {
    fatalError(error.localizedDescription)
}
  • prepareToRecord()方法的作用是初始化录制需要的资源，包括创建文件等，将录制启动的延时降到最小
  • setting中的键值信息包含音频格式、采样率等
  • URL文件路径的后缀要和音频格式对应上，否则会存在问题

setting是用来规范音频流的录制格式，常见的键值有：

  • AVFormatIDKey：音频格式
  • AVSampleRateKey：采样率
  • AVNumberOfChannelsKey：通道数
  • AVEncoderBitDepthHintKey：量化位数
  • AVEncoderAudioQualityKey：音质

使用AVAudioRecorder录制音频时，需要将音频会话的会话分类设置成playAndRecord，创建AVAudioRecorder，实现AVAudioRecordeDelegate协议，AVAudioRecordeDelegate的内容很简单，主要是录制完成和录制出错的回调，其他方法基本上已经废弃。

文字转语音

AV Foundation 提供了一个语音合成框架，用于管理语音和语音合成，其中最常用的一个功能就是文字转语音，即AVSpeechSynthesisVoice

要让App带上文字转语音的功能，只需要两步即可：

  1. 创建一个AVSpeechUtterance对象，并附加上内容字符串，语音参数，如声音、速率等
  2. 将AVSpeechUtterance对象附加到即AVSpeechSynthesisVoice实例上即可，有AVSpeechSynthesisVoice实例控制语音的生命周期

代码示例如下：

// 创建AVSpeechUtterance实例，并附加字符内容
let utterance = AVSpeechUtterance(string: "The quick brown fox jumped over the lazy dog.")
utterance.rate = 0.57   // 速率
utterance.pitchMultiplier = 0.8  
utterance.postUtteranceDelay = 0.2
utterance.volume = 0.8  // 音量

let voice = AVSpeechSynthesisVoice(language: "en-GB")
utterance.voice = voice

let synthesizer = AVSpeechSynthesizer()
synthesizer.speak(utterance)

AVSpeechUtterance实例也有相应的一个Delegate，即AVSpeechSynthesizerDelegate，主要是对文字语音过程中的生命周期进行回调，有时间读者们可以自己看看相关的API。

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