Audio Queue Services Programming Guide - Playing Audio を参考にSwiftでAudio Queue Serviceを使用する。

環境

Xcode 7.3.1
Swift 2.2

準備

AudioToolbox をインポートする。

import AudioToolbox

Audio Queue Service を使用する手順

状態・フォーマット・パス情報を管理する構造体を定義する
実際の再生を行うオーディオキューコールバックを作成する
オーディオキューバッファのサイズを決定するコードを書く
プレイバックするオーディオファイルを開き、オーディオデータのフォーマットを取得する
プレイバックオーディオキューを作成し、プレイバックに設定する
オーディオキューバッファを生成し、エンキューする
リソースの解放

状態・フォーマット・パス情報を管理するクラス（構造体）を定義

オーディオフォーマットとオーディオキューの情報を管理するクラスを定義する。状態の更新を行うのでクラス（参照型）で定義する。

let kNumberBuffers = 3

class AQPlayerState {
  var mDataFormat: AudioStreamBasicDescription
  var mQueue: AudioQueueRef
  var mBuffers: [AudioQueueBufferRef]
  var mAudioFile: AudioFileID
  var bufferByteSize: UInt32
  var mCurrentPacket: Int64
  var mNumPacketsToRead: UInt32
  var mPacketDescs: UnsafeMutablePointer<AudioStreamPacketDescription>
  var mIsRunning: Bool
  // 見やすさのためinit内で初期化する
  init() {
      mDataFormat = AudioStreamBasicDescription()
      mQueue = nil
      mBuffers = [AudioQueueBufferRef](count: kNumberBuffers, repeatedValue: nil)
      mAudioFile = nil
      bufferByteSize = 0
      mCurrentPacket = 0
      mNumPacketsToRead = 0
      mPacketDescs = nil
      mIsRunning = false
  }
}

オーディオキューコールバックの作成

このコールバック関数は主に以下の３つのことをする

指定された分のデータをオーディオファイルから読み込み、それをオーディオキューバッファに入れる
バッファキューにオーディオバッファキューをエンキューする
読み込むデータがない場合にオーディオキューに停止するように伝える

以下がサンプルに示されている基本的なコールバック関数になる。

func HandleOutputBuffer(aqData: UnsafeMutablePointer<Void>, inAQ: AudioQueueRef, inBuffer: AudioQueueBufferRef) {
  // AQPlayerStateにキャスト
  let aqdata = UnsafeMutablePointer<AQPlayerState>(aqData).memory
  // 再生中でない場合は何もしない
  guard aqdata.mIsRunning else {
      return
  }
  // AudioFileReadPackets deprecated の変更により
  // numBytesReadFromFile を設定する
  var numBytesReadFromFile = aqdata.bufferByteSize
  var numPackets = aqdata.mNumPacketsToRead
  // オーディオファイルからデータを読み込む
  AudioFileReadPacketData(aqdata.mAudioFile,
                          false,
                          &numBytesReadFromFile,
                          aqdata.mPacketDescs,
                          aqdata.mCurrentPacket,
                          &numPackets,
                          inBuffer.memory.mAudioData)
  if (numPackets > 0) {
      inBuffer.memory.mAudioDataByteSize = numBytesReadFromFile
      // オーディオキューバッファをエンキューする
      AudioQueueEnqueueBuffer(aqdata.mQueue,
                              inBuffer,
                              (aqdata.mPacketDescs != nil ? numPackets : 0),
                              aqdata.mPacketDescs)
      aqdata.mCurrentPacket += Int64(numPackets)
  } else {
      // オーディオキューを停止する
      AudioQueueStop(aqdata.mQueue, false)
      aqdata.mIsRunning = false
  }
}

再生するオーディオキューバッファのサイズを決定する

func DeriveBufferSize(ASBDesc: AudioStreamBasicDescription, maxPacketSize: UInt32, seconds: Float64, outBufferSize: UnsafeMutablePointer<UInt32>, outNumPacketsToRead: UnsafeMutablePointer<UInt32>) {
  let maxBufferSize: UInt32 = 0x50000 // 320 KB
  let minBufferSize: UInt32 = 0x4000  // 16 KB

  if ASBDesc.mFramesPerPacket != 0 {
      let numPacketsForTime = ASBDesc.mSampleRate / Float64(ASBDesc.mFramesPerPacket) * seconds
      outBufferSize.memory = UInt32(numPacketsForTime) * maxPacketSize
  } else {
      outBufferSize.memory = maxBufferSize > maxPacketSize ? maxBufferSize : maxPacketSize
  }

  if outBufferSize.memory > maxBufferSize && outBufferSize.memory > maxPacketSize {
      outBufferSize.memory = maxBufferSize
  } else {
      if outBufferSize.memory < minBufferSize {
          outBufferSize.memory = minBufferSize
      }
  }

  outNumPacketsToRead.memory = outBufferSize.memory / maxPacketSize
}

再生するオーディオファイルを開く

let filePath = "music file path"
let url: CFURL = NSURL(fileURLWithPath: filePath)
let result = AudioFileOpenURL(url, .ReadPermission, 0, &aqData.mAudioFile)
assert(result == noErr, "AudioFileOpenURL Error: \(result)")

オーディオデータのフォーマットを取得

let result = AudioFileGetProperty(aqData.mAudioFile,
                                  kAudioFilePropertyDataFormat,
                                  &dataFormatSize,
                                  &aqData.mDataFormat)
assert(result == noErr, "AudioFileGetProperty Error: \(result)")

プレイバックオーディオキューの生成

let result = AudioQueueNewOutput(&aqData.mDataFormat,
                                 HandleOutputBuffer,
                                 &aqData,
                                 CFRunLoopGetCurrent(),
                                 kCFRunLoopCommonModes,
                                 0,  // アップルに予約されている。0でなければならない
                                 &aqData.mQueue)

assert(result == noErr, "AudioQueueNewOutput Error: \(result)")

プレイバックオーディオキューのサイズを設定

var maxPacketSize: UInt32 = 0
var propertySize = UInt32(sizeof(UInt32.self))
let result = AudioFileGetProperty(aqData.mAudioFile,
                                  kAudioFilePropertyPacketSizeUpperBound,
                                  &propertySize,
                                  &maxPacketSize)

DeriveBufferSize(aqData.mDataFormat, maxPacketSize: maxPacketSize, seconds: 0.5, outBufferSize: &aqData.bufferByteSize, outNumPacketsToRead: &aqData.mNumPacketsToRead)

Packet Description配列のメモリを割りあてる

// Allocating Memory for a Packet Descriptions Array
let isFormatVBR = aqData.mDataFormat.mBytesPerPacket == 0 ||
                  aqData.mDataFormat.mFramesPerPacket == 0

if isFormatVBR {
    let size = Int(aqData.mNumPacketsToRead * UInt32(sizeof(AudioStreamPacketDescription.self)))
    aqData.mPacketDescs = UnsafeMutablePointer<AudioStreamPacketDescription>.alloc(size)
} else {
    aqData.mPacketDescs = nil
}

プレイバックオーディオキューのMagic Cookieを設定

var cookieSize = UInt32(sizeof(UInt32.self))

let result = AudioFileGetPropertyInfo(aqData.mAudioFile,
                                      kAudioFilePropertyMagicCookieData,
                                      &cookieSize,
                                      nil)

if result != noErr {
    let magicCookie = UnsafeMutablePointer<CChar>.alloc(Int(cookieSize))
    AudioFileGetProperty(aqData.mAudioFile,
                         kAudioFilePropertyMagicCookieData,
                         &cookieSize,
                         magicCookie)

    AudioQueueSetProperty(aqData.mQueue,
                          kAudioQueueProperty_MagicCookie,
                          magicCookie,
                          cookieSize)
    free(magicCookie)
}

最初に再生するオーディオキューバッファを用意する

aqData.mIsRunning = true
aqData.mCurrentPacket = 0
for i in (0..<kNumberBuffers) {
    AudioQueueAllocateBuffer(aqData.mQueue,
                             aqData.bufferByteSize,
                             &aqData.mBuffers[i])

    HandleOutputBuffer(&aqData,
                       inAQ: aqData.mQueue,
                       inBuffer: aqData.mBuffers[i])
}

オーディオキューを開始する

AudioQueueStart(aqData.mQueue, nil)

Command Lineで実行する場合は以下も必要。iOSの場合は不要。

repeat {
    CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode,
                       0.25,
                       false)
} while aqData.mIsRunning

CFRunLoopRunInMode(kCFRunLoopDefaultMode, 1, false)

再生後の処理

AudioQueueDispose(aqData.mQueue, true) // Dispose audio queue
AudioFileClose(aqData.mAudioFile)      // Close audio file
free(aqData.mPacketDescs)              // Release the packet description

参考URL

Audio Queue Services Programming Guide

タコさんブログ

プログラミングメモと小言

Swift で Audio Queue Services を使って再生する

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オーディオキューコールバックの作成

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オーディオデータのフォーマットを取得

プレイバックオーディオキューの生成

プレイバックオーディオキューのサイズを設定

Packet Description配列のメモリを割りあてる

プレイバックオーディオキューのMagic Cookieを設定

最初に再生するオーディオキューバッファを用意する

オーディオキューを開始する

再生後の処理

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