使用 MediaCodec，进行音频 AAC 硬编

与我们熟知的 MP3 格式一样，AAC 是一种音频编码格式，对比 MP3 格式，AAC 在缩小 30% 的前题下可以提供更好的音质。这篇博客的主要内容就是通过 AudioRecorder 录制 PCM 音频，再通过 MediaCodec 将 PCM 数据硬编码为 AAC 格式的音频。
通常我们使用 MediaCodec 的流程如下：

MediaCodec 的使用流程：

• createEncoderByType/createDecoderByType
• configure
• start
• while(1) {
• dequeueInputBuffer
• queueInputBuffer
• dequeueOutputBuffer
• releaseOutputBuffer
• }
• stop
• release

编解码器一个比较经典的工作原理图如下：

图中的 Client 一般就是我们开发者，解释一下就是：我们从 Codec 中拿到拿到空的 input buffer，然后填充上我们需要进行编码的数据，再输送给 Codec，Codec 对数据进行编解码，编解码完成后，Codec 将处理好的数据放进 output buffer，我们取出后再清空返还给 Codec，形成一个环形结构。可以看作一个生产者-消费者模式。

下面我们的编码流程也基本遵守上面的这个流程。为了便于大家理解，我画个流程图讲一下我整个代码的逻辑：

录音和编码分别在两个线程中进行，两个线程通过一个 ArrayBlockQueue（这是一个线程安全的队列，想了解更多自己动手）队列共享数据，录音线程中的 AudioRecorder 通过 read()将一帧数据 put()到队尾，编码线程中的 MediaCodec 再通过 take()取出队首的一帧数据进行编码。
首先看录音线程，为了使代码更加简洁易懂，我会省略掉一些代码，完整代码会在文末贴出。

    /**
     * 录音线程
     */
    public class AudioRecorder extends Thread {

        private AudioRecord mAudioRecord;
        private boolean isRecording;
        private int minBufferSize;

        public AudioRecorder() {
            isRecording = true;
            initRecorder();
        }

        @Override
        public void run() {
            super.run();
            startRecording();
        }

        /**
         * 初始化录音
         */
        public void initRecorder(){
            minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat);
            mAudioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.DEFAULT, sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat, minBufferSize);
            if (mAudioRecord.getState() != AudioRecord.STATE_INITIALIZED) {
                isRecording = false;
                return;
            }
        }

        /**
         * 开始录音
         */
        public void startRecording(){
            if (mAudioRecord == null){
                return;
            }

            mAudioRecord.startRecording();
            while (isRecording) {
                //自定义的一个类，用来存储一帧pcm数据，即byte[]，下面给出具体定义，很简单
                AudioDate audioDate = new AudioDate();
                audioDate.buffer = ByteBuffer.allocateDirect(minBufferSize);
                audioDate.size = mAudioRecord.read(audioDate.buffer, minBufferSize);
                try {
                    if (queue != null) {
                        queue.put(audioDate);
                    }
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            release();
        }
    }

录音线程比较简单，主要是先初始化录音器在 initRecorder()中，然后通过 AudioRecorder 的 read 方法，获取到一帧数据，通过 queue.put 放入队尾。
然后是编码线程。

/**
 * 音频编码线程
  */
public class AudioEncorder extends Thread {

    private MediaCodec mEncorder;
 private Boolean isEncording = false;
 private int minBufferSize;

 private OutputStream mFileStream;

 public AudioEncorder() {
        isEncording = true;
  initEncorder();
  }

    @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
    @Override
  public void run() {
        super.run();
  startEncording();
  }

    /**
 * 初始化编码器
  */
  private void initEncorder(){
        minBufferSize = AudioRecord.getMinBufferSize(sampleRateInHz, channelConfig, audioFormat);
 try {
            mEncorder = MediaCodec.createEncoderByType(MediaFormat.MIMETYPE_AUDIO_AAC);
  } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
  }
        MediaFormat format = MediaFormat.createAudioFormat(MediaFormat.MIMETYPE_AUDIO_AAC, sampleRateInHz, channelConfig);
  format.setString(MediaFormat.KEY_MIME, MediaFormat.MIMETYPE_AUDIO_AAC);
  format.setInteger(MediaFormat.KEY_AAC_PROFILE, MediaCodecInfo.CodecProfileLevel.AACObjectLC);
  format.setInteger(MediaFormat.KEY_BIT_RATE, 96000);
  format.setInteger(MediaFormat.KEY_MAX_INPUT_SIZE, minBufferSize * 2);
  mEncorder.configure(format, null, null, MediaCodec.CONFIGURE_FLAG_ENCODE);
  }

    /**
 * 开始编码
  */
  @RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP)
    public void startEncording(){
        if (mEncorder == null){
            return;
  }

        mEncorder.start();
 try {
            mFileStream = new FileOutputStream(getSDPath() + "/aac_encode.aac");
  MediaCodec.BufferInfo mBufferInfo = new MediaCodec.BufferInfo();
  AudioDate audioDate;
 while (isEncording) {
                // 从队列中取出录音的一帧音频数据
  audioDate = getAudioDate();

 if (audioDate == null) {
                    continue;
  }

                // 取出InputBuffer，填充音频数据，然后输送到编码器进行编码
  int inputBufferIndex = mEncorder.dequeueInputBuffer(0);
 if (inputBufferIndex >= 0) {
                    ByteBuffer inputBuffer = mEncorder.getInputBuffer(inputBufferIndex);
  inputBuffer.clear();
  inputBuffer.put(audioDate.buffer);
  mEncorder.queueInputBuffer(inputBufferIndex, 0, audioDate.size, System.nanoTime(), 0);
  }

                // 取出编码好的一帧音频数据，然后给这一帧添加ADTS头
  int outputBufferIndex = mEncorder.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, 0);
 while (outputBufferIndex >= 0) {
                    int outBitsSize = mBufferInfo.size;
 int outPacketSize = outBitsSize + 7; // ADTS头部是7个字节
  ByteBuffer outputBuffer = mEncorder.getOutputBuffer(outputBufferIndex);
  outputBuffer.position(mBufferInfo.offset);
  outputBuffer.limit(mBufferInfo.offset + outBitsSize);

 byte[] outData = new byte[outPacketSize];
  addADTStoPacket(outData, outPacketSize);

  outputBuffer.get(outData, 7, outBitsSize);
  outputBuffer.position(mBufferInfo.offset);
  mFileStream.write(outData);
  mEncorder.releaseOutputBuffer(outputBufferIndex, false);
  outputBufferIndex = mEncorder.dequeueOutputBuffer(mBufferInfo, 0);
  }
            }
            release();
  } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
  } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
  }
    }

    /**
 * 添加ADTS头
  * @param packet
  * @param packetLen
  */
  private void addADTStoPacket(byte[] packet, int packetLen) {
        int profile = 2; //AAC LC
  int freqIdx = 4; //44100 根据不同的采样率修改这个值
  int chanCfg = 2; //CPE
  packet[0] = (byte) 0xFF;
  packet[1] = (byte) 0xF9;
  packet[2] = (byte) (((profile - 1) << 6) + (freqIdx << 2) + (chanCfg >> 2));
  packet[3] = (byte) (((chanCfg & 3) << 6) + (packetLen >> 11));
  packet[4] = (byte) ((packetLen & 0x7FF) >> 3);
  packet[5] = (byte) (((packetLen & 7) << 5) + 0x1F);
  packet[6] = (byte) 0xFC;
  }
}

和录音线程一样，先进行编码器的初始化在 initEncorder()中，这里的参数 MediaFormat 比较关键，针对具体的编码格式有不同的编码格式有不同的参数，其他的编码方式自行参阅官方文档，这里的 AAC 编码器参数我是经过测试可行的。
然后是最关键的一步--编码。在 startEncording()方法中，所有的流程完全对应上面我列出的 MediaCodec 的使用流程，可以对照上面的流程来阅读代码。
编码流程中非常重要的一步就是为每一帧 AAC 音频添加 ADTS 头，和 WAV 格式的音频不同，AAC 为每一帧音频都添加了一个 ADTS 头，使得解码器可以从任意一帧开始解码，有时我们遇到无法编码的 AAC 文件无法播放，可能就是因为我们没有为其添加 ADTS 头。通过上面的 addADTStoPacket()方法便可以未每一帧 AAC 音频添加 ADTS 头了。
至此，我就列出了我认为在 AAC 编码的过程中所需要注意的所有点。在完成这个功能的时候，我也参照了一些别人的做法，以及我自己的一些理解与实践，也遇到了一些令人头大的错误（例如：同样的 PCM 数据，放进队列中再取出来写入文件，就出现了很大的杂音）如有错误的地方，还请留言指正。
下面是完整代码：