iOS音频通话APP使用Circular Buffer的原因是什么？

Question

我的问题几乎不言自明。对不起，如果它看起来太愚蠢了。

我正在编写一个 iOS VoIP 拨号器，并检查了一些开源代码（iOS 音频呼叫应用程序）。几乎所有这些都使用循环缓冲区来存储记录和接收的 PCM 音频数据。所以我想知道为什么我们需要在这种情况下使用循环缓冲区。使用这种音频缓冲区的确切原因是什么。

提前致谢。

Answer 1

好问题。使用循环缓冲区还有另一个很好的理由。

在iOS中，如果你使用回调（音频单元）来录制和播放音频（事实上，如果你想创建一个实时音频传输应用程序，你需要使用它）那么你会从记录器回调中获取一段特定时间（比方说 20 毫秒）的数据。而在iOS，你永远不会得到固定长度的数据（如果你设置回调间隔为20ms，那么你将得到370或372字节的数据。你永远不知道什么时候会得到370或372字节字节。如果我错了请纠正我）。然后，要通过 UDP 数据包传输音频，您需要使用编解码器进行数据编码和解码（G729 通常用于 VoIP 应用程序）。但是 g729 以 8 的倍数获取数据。假设您每 20 毫秒编码 368(8*46) 字节。那么您打算如何处理其余数据？您需要按顺序 存储它 以供下一个块处理。

原来如此。还有其他一些细节问题，但为了您更好地理解，我将其简化为简单。有问题就在下方评论吧。

Answer 2

使用循环缓冲区可以让您从源头异步处理输入和输出数据。音频渲染过程发生在高优先级线程上。它从您的应用程序（播放）请求音频样本，并以回调的形式在计时器上提供音频 (recording/processing)。

一个典型的场景是音频回调每 0.023 秒触发一次以请求（and/or 提供）1024 个音频样本。此线程与系统硬件同步，因此您的回调 returns 必须在 0.023 秒结束前完成。如果您不这样做，硬件将不会等待您，它只会跳过那个周期，您将听到爆音或静音，或者错过您尝试录制的音频。

循环缓冲区的作用是在线程之间传递数据。在将样本异步移入和移出音频线程的音频应用程序中。一个线程在缓冲区的 "head" 上生成样本，另一个线程从 "tail".

中使用它们

这是一个示例，从麦克风中检索音频样本并将它们写入磁盘。您的应用已订阅每 0.023 秒触发一次的回调，提供 1024 个要记录的样本。天真的方法是简单地将音频从该回调中写入磁盘。

void myCallback(float *samples,int sampleCount, SampleSaver *saver){
    SampleSaverSaveSamples(saver,samples,sampleCount);
}

这行得通！！大多数时候...

问题是无法保证写入磁盘会在 0.023 秒之前完成，因此时不时地，您的录音中会出现弹出音，因为 SampleSaver 花费的时间太长，硬件会跳过下一个回调。

正确的做法是使用循环缓冲区。我个人使用 TPCircularBuffer 因为它很棒。它的工作方式（外部）是你在一个线程上向缓冲区询问一个指针以将数据写入（头部），然后在另一个线程上你向缓冲区询问一个指针以从（尾部）读取数据。以下是使用 TPCircularBuffer 完成的方法（跳过设置并使用简化的回调）。

//this is on the high priority thread that can't wait for anything like a slow write to disk
void myCallback(float *samples,int sampleCount, TPCircularBuffer *buffer){
    int32_t availableBytes = 0;
    float *head = TPCircularBufferHead(buffer, &availableBytes);
    memcpy(head,samples,sampleCount * sizeof(float));//copies samples to head
    TPCircularBufferProduce(buffer,sampleCount * sizeof(float)); //moves buffer head "forward in the circle"

}

此操作非常快速，不会对敏感的音频线程造成额外压力。然后您创建自己的计时器一个单独的线程来将示例写入磁盘。

//this is on some background thread that can take it's sweet time
void myLeisurelySavingCallback(TPCircularBuffer *buffer, SampleSaver *saver){
    int32_t available;
    float *tail = TPCircularBufferTail(buffer, &available);
    int samplesInBuffer = available / sizeof(float); //mono 
    SampleSaverSaveSamples(saver, tail, samplesInBuffer);
    TPCircularBufferConsume(buffer, samplesInBuffer * sizeof(float)); // moves tail forward
}

你知道了，你不仅可以避免音频故障，而且如果你初始化一个足够大的缓冲区，你可以将你的写入磁盘回调设置为仅每隔一两秒触发一次（在循环缓冲区建立后增加一点音频）这在您的系统上比每 0.023 秒写入磁盘要容易得多！

使用缓冲区的主要原因是样本可以异步处理。它们也是在没有锁的情况下在线程之间传递消息的好方法。 Here 是一篇很好的文章，解释了实现循环缓冲区的简洁记忆技巧。

iOS音频通话APP使用Circular Buffer的原因是什么？

What's the reason of using Circular Buffer in iOS Audio Calling APP?

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