非 ROOT 安卓内錄

引言

最近開發的遠端控制功能需要增加音頻采集的功能，而Google為了保護唱片協會的利益，不允許擷取系統原始輸出的音頻。如果有Root權限的話，你自然可以輕易的做到這件事。但是我們的使用場景是不能擷取Root權限的，是以我們借助了一些硬體的支援，最終達到了截獲手機原始音頻輸出的效果。具體的實作方案也是經曆了幾個發展階段，接下裡我就按時間順序介紹一下這部分的發展曆程。

方案一：外接聲霸卡

方案介紹

這個方案的基本思路如下圖，通過音頻線将手機的音頻資料傳入聲霸卡，然後将聲霸卡和伺服器通過USB相連，最終從伺服器上截獲該聲霸卡的音頻資料。

為了達到這個效果，必須将每款手機和與其相連的聲霸卡建立綁定關系，這就需要每一個聲霸卡都有一個唯一的序列号，這樣當我們需要截獲某一款手機的音頻時，我們隻需要從綁定關系表中查到與這款手機相連的聲霸卡序列号，然後通過該序列号找到對應的聲霸卡裝置并進行錄制。遺憾的是，在現有的産品中，我們沒找到具有唯一序列号的USB聲霸卡産品，我們隻找到了

HS-100B

，它雖然沒有唯一序列号，但是我們可以通過外接

EEPROM

的方式，寫入自定義内容作為序列号。

是以，我們參考了

HS-100B的産品說明書

，從中我們得知

需要存儲的内容如下圖，其中畫紅線的部分可以用來定義聲霸卡的序列号，我們之是以用Product String作為序列号的存儲區域，主要是因為這部分内容可以通過FFMPEG的裝置顯示功能展示出來，我們隻需要做一個字元串比對就能定位需要截獲的聲霸卡裝置。

EEPROM寫入資料方式

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安裝燒錄軟體
選擇EEPROM類型

非 ROOT 安卓内錄
寫入資料

顯示序列号的方式

Mac: ffmpeg -f avfoundation -list_devices true -i ""
Linux: aplay -l (yum install alsa-utils alsa-lib)

方案總結

這個方案總的來說，實作起來是比較麻煩的，雖然他可以擷取到多聲道的音頻資料，但是其工作量太大，既要燒入資料，又要焊接電路，而且還要維護手機與音頻采集卡的映射關系。

方案二：音頻輸出轉接音頻輸入

介紹

這個實作方案是受一款現有

耳機産品

的啟發，我們做了一個超級簡易版。基本思路如下圖，通過一個

音頻公頭接線端子

，将手機的音頻輸出接入到麥克風輸入中，然後通過手機中的APP錄制麥克風的輸入進而達到内錄的效果。

我們參考了Google的

3.5毫米耳機規範

，将

的左右聲道連接配接一個電阻并連入地線，然後選取左聲道連接配接一個電阻接入MIC，進而達到截獲左聲道輸出的效果。

然後就是通過APP錄制音頻資料的部分了，首先我們需要構造一個AudioRecord對象，其中需要的最小錄音緩存buffer大小可以通過getMinBufferSize方法得到。如果buffer容量過小，将導緻對象構造的失敗。

int recordBufSize = AudioRecord.getMinBufferSize(frequency, channelConfiguration, EncodingBitRate);
   AudioRecord audioRecord = new AudioRecord(MediaRecorder.AudioSource.MIC, frequency, channelConfiguration, EncodingBitRate, recordBufSize);

其中，音頻源我們選擇

public static final int MIC = 1;

，采樣率我使用了

，因為我們這個方案隻能截獲單聲道的資料，是以聲道設定為

CHANNEL_IN_MONO

，采樣大小我選用了

ENCODING_PCM_16BIT

。設定完采集參數之後，就開始錄音并輸出PCM資料。

byte data[] = new byte[recordBufSize];
   FileOutputStream os = new FileOutputStream(filename);

   while (isRecording) {
       read = audioRecord.read(data, 0, recordBufSize);
       if (AudioRecord.ERROR_INVALID_OPERATION != read) {
            os.write(data);
       }
   }

APP這部分，我覺得簡單的描述一下基本操作就夠了，剩下的就是通過Socket将音頻資料傳輸出去。

總結

這個方案相對于方案一來說就簡單了很多，接幾個電阻就能直接使用了，雖然目前還沒找到多聲道錄音的方式，但是已經基本滿足我們的使用需要了。值得一提的是，這兩個方案都有一個共同的問題，就是需要手機有3.5mm耳機接口，而近來的安卓手機都在逐漸的移除3.5mm耳機接口。這時候你可能會說，可以通過一個轉接頭将耳機接口轉接到Type-C接口啊，可是因為我們的業務中需要通過USB來建立ADB連接配接，而且要用其給手機充電，是以Type-C接口會一直連接配接在伺服器上。為了讓這類手機也能捕獲到音頻資料，我們調研了第三種方案，通過藍牙傳輸音頻資料。

方案三：藍牙擷取音頻資料

思路

這個方案的基本思路如下圖，手機扮演一個Audio Source的角色(A2DP發送端)，伺服器外接一個藍牙子產品扮演Audio Sink的角色（A2DP接收端），将手機與伺服器藍牙子產品配對後，通過PulseAudio的藍牙子產品将伺服器上外接的藍牙（A2DP接收端）虛拟為一個音頻源，進行聲音采集，這個方案目前還有一些問題，我後面會介紹。

PipeLine

Remote Device-SRC ---> SINK-Bluetooth-SRC ---> SINK-PulseAudioBlueToothModule-SRC ---> SINK-MyApp

其中

SRC

代表資料源，

SINK

代表資料接收方。

确立AudioSink角色

這個方案的重點是如何讓伺服器上的藍牙子產品扮演Audio Sink角色，這就涉及到Linux上的

子產品。

這裡我們需要編輯

/etc/bluetooth/audio.conf

，在

[General]

區段加入

Enable=Source

，并且關閉其作為Audio Source角色的能力，加入

Disable=Socket

，最終配置檔案的内容如下：

[General]
   Enable=Source
   Disable=Socket

完成了藍牙音頻角色配置之後，重新開機藍牙服務

systemctl restart bluetooth

。

設定PulseAudio

接着，我們還需要對PulseAudio進行一些設定，添加

module-bluetooth-discover

和

module-bluetooth-policy

子產品的支援，這個子產品預設是加載的，如果沒有加載這個子產品的話，可以通過

pactl load-module module-bluetooth-discover

手動加載，或者修改PulseAudio的配置檔案

/etc/pulse/default.pa

加入如下内容。

### Automatically load driver modules for Bluetooth hardware
   .ifexists module-bluetooth-policy.so
   load-module module-bluetooth-policy
   .endif

   .ifexists module-bluetooth-discover.so
   load-module module-bluetooth-discover
   .endif

連接配接藍牙

配置完BlueZ和PulseAudio之後，剩下的工作就是配對藍牙裝置并建立連接配接了。首先我們需要确認一下藍牙控制器是否工作正常。這裡

hci0

是藍牙控制器的名字，第三行的UP表示其已經啟動。如果該藍牙控制器未啟動，您可以通過

hciconfig hci0 up

來進行啟動。

root # hciconfig -a
   hci0:   Type: BR/EDR  Bus: USB
           BD Address: 00:02:72:2F:A9:33  ACL MTU: 1021:8  SCO MTU: 64:1
           UP RUNNING PSCAN
           RX bytes:1166 acl:0 sco:0 events:43 errors:0
           TX bytes:960 acl:0 sco:0 commands:43 errors:0
           Features: 0xbf 0xfe 0xcf 0xfe 0xdb 0xff 0x7b 0x87
           Packet type: DM1 DM3 DM5 DH1 DH3 DH5 HV1 HV2 HV3
           Link policy: RSWITCH SNIFF
           Link mode: SLAVE ACCEPT
           Name: 'BlueZ 5.21'
           Class: 0x000104
           Service Classes: Unspecified
           Device Class: Computer, Desktop workstation
           HCI Version: 4.0 (0x6)  Revision: 0x1000
           LMP Version: 4.0 (0x6)  Subversion: 0x220e
           Manufacturer: Broadcom Corporation (15)

當然，您也可以通過

/etc/bluetooth/main.conf

設定藍牙子產品開機自動啟動。

[Policy]
   AutoEnable=true

确認完藍牙控制器的狀态之後，就是完整的藍牙配對過程如下：

啟動藍牙控制器

user $ bluetoothctl

列出所有藍牙控制器

[bluetooth]# list

顯示藍牙控制器的相關資訊

[bluetooth]# show controller_mac_address

選擇要操作的藍牙控制器（可能插着多個藍牙子產品）

[bluetooth]# select controller_mac_address

供電

[bluetooth]# power on

開啟代理

[bluetooth]# agent on
   [bluetooth]# default-agent

設定藍牙控制器可以被發現并且可以配對（3分鐘有效）

[bluetooth]# discoverable on
   [bluetooth]# pairable on

掃描裝置

[bluetooth]# scan on

列出發現的裝置

[bluetooth]# devices

配對裝置

[bluetooth]# pair device_mac_address

如果有必要的話輸入PIN

[agent]PIN code: ####

允許連結權限

[agent]Authorize service service_uuid (yes/no): yes

設定信任裝置

[bluetooth]# trust device_mac_address

連接配接裝置

[bluetooth]# connect device_mac_address

顯示裝置的相關資訊

[bluetooth]# info device_mac_address

退出

[bluetooth]# quit

确認結果

藍牙連接配接成功之後，PulseAudio會自動幫我們虛拟出聲音裝置，我們可以通過

pactl list cards

來檢視虛拟出來的聲霸卡裝置。可以看到目前的Profile是

a2dp_source

，如果您的聲霸卡profile不是

a2dp_source

的話可以通過

pactl set-card-profile 10 a2dp_source

來指定。

root # pactl list cards
...
Card #2
Name: bluez_card.44_80_EB_26_0C_73
Driver: module-bluez5-device.c
Owner Module: 23
Properties:
 device.description = "Nexus 6"
 device.string = "44:80:EB:26:0C:73"
 device.api = "bluez"
 device.class = "sound"
 device.bus = "bluetooth"
 device.form_factor = "phone"
 bluez.path = "/org/bluez/hci0/dev_44_80_EB_26_0C_73"
 bluez.class = "0x5a020c"
 bluez.alias = "Nexus 6"
 device.icon_name = "audio-card-bluetooth"
Profiles:
 a2dp_source: High Fidelity Capture (A2DP Source) (sinks: 0, sources: 1, priority: 10, available: yes)
 headset_audio_gateway: Headset Audio Gateway (HSP/HFP) (sinks: 1, sources: 1, priority: 20, available: no)
 off: Off (sinks: 0, sources: 0, priority: 0, available: yes)
Active Profile: a2dp_source
Ports:
 phone-output: Phone (priority: 0, latency offset: 0 usec, not available)
  Part of profile(s): headset_audio_gateway
 phone-input: Phone (priority: 0, latency offset: 0 usec, available)
  Part of profile(s): a2dp_source, headset_audio_gateway

當手機端有聲音播放時，我們可以通過

pactl list sources

來檢視Audio Source。我們在APP中就是使用這個Audio Source作為音頻采集源。

root # pactl list sources
...
Source #15
State: RUNNING
Name: bluez_source.44_80_EB_26_0C_73.a2dp_source
Description: Nexus 6
Driver: module-bluez5-device.c
Sample Specification: s16le 2ch 44100Hz
Channel Map: front-left,front-right
Owner Module: 23
Mute: no
Volume: front-left: 65536 / 100% / 0.00 dB,   front-right: 65536 / 100% / 0.00 dB
  balance 0.00
Base Volume: 65536 / 100% / 0.00 dB
Monitor of Sink: n/a
Latency: 25000 usec, configured 135294 usec
Flags: HARDWARE DECIBEL_VOLUME LATENCY
Properties:
 bluetooth.protocol = "a2dp_source"
 device.description = "Nexus 6"
 device.string = "44:80:EB:26:0C:73"
 device.api = "bluez"
 device.class = "sound"
 device.bus = "bluetooth"
 device.form_factor = "phone"
 bluez.path = "/org/bluez/hci0/dev_44_80_EB_26_0C_73"
 bluez.class = "0x5a020c"
 bluez.alias = "Nexus 6"
 device.icon_name = "audio-card-bluetooth"
Ports:
 phone-input: Phone (priority: 0, available)
Active Port: phone-input
Formats:
 pcm

使用技巧

此外在使用PulseAudio時，我還用到了

update-source-proplist

來給聲霸卡打标記，使我可以通過字元串比對找到指定裝置連接配接的聲霸卡。

root # echo "update-source-proplist bluez_source.44_80_EB_26_0C_73.a2dp_source device.description=\"44_80_EB_26_0C_73\"" | pacmd
root # pactl list sources
...
Source #16
State: RUNNING
Name: bluez_source.44_80_EB_26_0C_73.a2dp_source
Description: 44_80_EB_26_0C_73
Driver: module-bluez5-device.c
Sample Specification: s16le 2ch 44100Hz
Channel Map: front-left,front-right
Owner Module: 23
Mute: no
Volume: front-left: 65536 / 100% / 0.00 dB,   front-right: 65536 / 100% / 0.00 dB
    balance 0.00
Base Volume: 65536 / 100% / 0.00 dB
Monitor of Sink: n/a
Latency: 25000 usec, configured 135294 usec
Flags: HARDWARE DECIBEL_VOLUME LATENCY
Properties:
 bluetooth.protocol = "a2dp_source"
 device.description = "44_80_EB_26_0C_73"
 device.string = "44:80:EB:26:0C:73"
 device.api = "bluez"
 device.class = "sound"
 device.bus = "bluetooth"
 device.form_factor = "phone"
 bluez.path = "/org/bluez/hci0/dev_44_80_EB_26_0C_73"
 bluez.class = "0x5a020c"
 bluez.alias = "Nexus 6"
 device.icon_name = "audio-card-bluetooth"
Ports:
 phone-input: Phone (priority: 0, available)
Active Port: phone-input
Formats:
 pcm