在iOS Audio Calling APP中使用循環緩衝區的原因是什麼？

Question

我的問題很自我解釋。對不起，如果它看起來太愚蠢。

我正在寫一個iOS VoIP撥號程序並檢查了一些開源代碼（iOS音頻通話應用程序）。幾乎所有的人都使用循環緩衝器來存儲已錄製和已接收的PCM音頻數據。所以我想知道爲什麼我們需要在這種情況下使用循環緩衝區。使用這種音頻緩衝區的確切原因是什麼？

在此先感謝。

Answer 1

好問題。使用循環緩衝區還有另一個好的理由。

在iOS中，如果您使用回調（音頻單元）進行錄製和播放音頻（實際上如果您想創建實時音頻傳輸應用程序，則需要使用它），那麼您將獲得一大塊數據從記錄器回調中獲得特定時間（比如20毫秒）。在iOS中，永遠不會獲得固定長度的數據（如果將回調間隔設置爲20ms，那麼您將獲得370或372字節的數據，並且您將永遠不知道何時將得到370字節或372字節。如果我錯了）。然後，要通過UDP數據包傳輸音頻，您需要使用編解碼器進行數據編碼和解碼（G729通常用於VoIP應用程序）。但g729以8的乘數獲取數據。假設您每20ms編碼368（8 * 46）個字節。那麼你將如何處理其餘的數據呢？您需要通過序列將其存儲爲，以便處理下一個塊。

所以這就是原因。還有一些其他細節，但我爲了更好的理解簡化了它。如果您有任何問題，請在下面評論。

Answer 2

使用循環緩衝區可以讓您從源中異步處理輸入和輸出數據。音頻渲染過程發生在高優先級的線程上。它要求從你的應用中播放音頻樣本（回放），並以回調的形式在定時器上提供音頻（記錄/處理）。

一個典型的情況是音頻回調每0.023秒觸發一次詢問（和/或提供）1024個音頻採樣。該線程與系統硬件同步，所以在0.023秒之前返回您的回調勢在必行。如果你不這樣做，硬件不會等待你，它會跳過這個循環，你會聽到流行或沉默的聲音，或者想念你想要錄製的音頻。

循環緩衝區的地方是在線程之間傳遞數據。在一個音頻應用程序中，這個應用程序可以異步地向音頻線程和音頻線程移動樣本。一個線程產生樣本到緩衝區的「頭部」，另一個線程從「尾部」消耗它們。

下面是一個示例，從麥克風中檢索音頻樣本並將它們寫入磁盤。您的應用已訂閱每0.023秒觸發一次的回撥，提供1024個樣本進行錄製。簡單的做法是簡單地將音頻從回調中寫入磁盤。

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

這將工作！大部分時間...

問題是，無法保證寫入磁盤將在0.023秒之前完成，因此每隔一段時間，您的錄音中都會彈出一個對話框，因爲SampleSaver只是簡單地花了很長時間，硬件只是跳過下一個回調。

正確的做法是使用循環緩衝區。我個人使用TPCircularBuffer，因爲它很棒。它的工作方式（外部）是，你要求緩衝區的指針將數據寫入一個線程的（頭部），然後在另一個線程上向緩衝區請求讀取指針（尾部）。這是如何使用TPCircularBuffer完成的（跳過設置並使用簡化的回調）。

//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" 

} 

該操作非常快速，並且不會對該敏感音頻線程造成額外的壓力。然後，您可以創建一個單獨的線程將自己的計時器寫入磁盤。

//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 
} 

有你有它，你不僅避免音頻故障，但如果你初始化一個足夠大的緩衝區，您可以將寫入到磁盤迴調設置爲只火每隔一兩秒鐘（循環緩衝區後已經建立了很好的音頻），這比在0.023秒內寫入磁盤更容易！

使用緩衝區的主要原因是，樣本可以異步處理。它們是在不鎖定線程的情況下在線程之間傳遞消息的好方法。 Here是一篇很好的文章，解釋了實現循環緩衝區的簡潔內存技巧。