在AVAudioSession/AVAudioEngine中指定USB音频设备的单声道输入

我正在开发一款录音应用，使用连接到iPhone的外置USB音频接口（如Focusrite Scarlett Solo）。AVAudioSession.sharedInstance().currentRoute.inputs能正确识别该接口及通道信息，但在AVAudioEngine中将inputNode连接到mainMixerNode时，默认是多声道输入：线路/乐器输入在右声道，麦克风输入在左声道。我需要仅将第2通道（吉他输入）作为单声道信号，在两个扬声器中播放。

试过以下方法但存在问题：

• 将音频格式通道数改为1：只能获取第一通道的单声道信号，无法选择第2通道
• 使用通道映射代码：未达到预期效果
• 附加自定义mixerNode：解决了声道问题，但测试10通道音频接口时仅能传输前两个信号，而GarageBand可正常使用该接口，疑惑苹果的实现方式，且AVAudioSession未提供相关便捷功能。

1. 正确选择指定输入通道并转为单声道 #

注意：Core Audio中通道索引从0开始，所以第2通道对应索引1。以下两种方法可以实现需求：

方法一：用AVAudioMixerNode配置通道映射 #

通过自定义混音节点的通道映射规则，直接指定保留目标通道：

let engine = AVAudioEngine()
let inputNode = engine.inputNode
let inputFormat = inputNode.inputFormat(forBus: 0)

// 创建自定义混音节点
let monoMixer = AVAudioMixerNode()
engine.attach(monoMixer)

// 定义单声道输出格式
let monoFormat = AVAudioFormat(commonFormat: inputFormat.commonFormat,
                               sampleRate: inputFormat.sampleRate,
                               channels: 1,
                               interleaved: false)!

// 按原格式连接输入节点到自定义混音，再用单声道格式连接到主混音
engine.connect(inputNode, to: monoMixer, format: inputFormat)
engine.connect(monoMixer, to: engine.mainMixerNode, format: monoFormat)

// 关键：设置输入通道映射，仅保留第2通道（索引1）
if let auMixer = monoMixer.auAudioUnit as? AVAudioUnitMixer {
    // 数组元素为输入通道索引，映射到输出的0号通道
    auMixer.inputChannelMap = [1]
}

do {
    try engine.start()
} catch {
    print("引擎启动失败：\(error)")
}

方法二：在输入回调中直接提取目标通道数据 #

这种方式更灵活，适合复杂多通道场景：

let engine = AVAudioEngine()
let inputNode = engine.inputNode
let inputFormat = inputNode.inputFormat(forBus: 0)

// 给输入节点安装处理回调
inputNode.installTap(onBus: 0, bufferSize: 1024, format: inputFormat) { buffer, time in
    // 获取第2通道的原始数据
    guard let channelData = buffer.floatChannelData else { return }
    let targetChannelData = channelData[1]
    
    // 创建单声道buffer
    let monoBuffer = AVAudioPCMBuffer(pcmFormat: AVAudioFormat(commonFormat: inputFormat.commonFormat,
                                                               sampleRate: inputFormat.sampleRate,
                                                               channels: 1,
                                                               interleaved: false)!,
                                      frameCapacity: buffer.frameLength)!
    monoBuffer.frameLength = buffer.frameLength
    
    // 把目标通道数据复制到单声道buffer
    memcpy(monoBuffer.floatChannelData?[0], targetChannelData, Int(buffer.frameLength) * MemoryLayout<Float>.stride)
    
    // 将单声道数据传给主混音节点
    engine.mainMixerNode.render(monoBuffer, at: time)
}

do {
    try engine.start()
} catch {
    print("引擎启动失败：\(error)")
}

2. 解决多通道接口仅能使用前两通道的问题 #

对于10通道这类多通道USB接口，AVAudioEngine默认可能只暴露前两个通道，需要手动配置会话并结合底层API解锁全部通道：

步骤1：配置AVAudioSession支持多通道 #

let session = AVAudioSession.sharedInstance()
do {
    // 设置会话类别为播放录制，开启多通道支持
    try session.setCategory(.playAndRecord, mode: .default, options: [.mixWithOthers])
    // 强制指定输入输出通道数
    try session.setPreferredInputNumberOfChannels(10)
    try session.setPreferredOutputNumberOfChannels(10)
    try session.activate()
} catch {
    print("会话配置失败：\(error)")
}

步骤2：通过底层AudioUnit获取全部通道 #

AVAudioEngine的高层封装限制了多通道灵活性，苹果官方应用（如GarageBand）会直接用底层Core Audio API。你可以通过输入节点的底层AudioUnit配置通道数：

if let inputAU = inputNode.auAudioUnit {
    var inputChannels = UInt32(10)
    let status = AudioUnitSetProperty(inputAU,
                                      kAudioUnitProperty_ChannelCount,
                                      kAudioUnitScope_Input,
                                      0,
                                      &inputChannels,
                                      UInt32(MemoryLayout<UInt32>.size))
    if status != noErr {
        print("设置输入通道数失败：\(status)")
    }
}

关于苹果的实现逻辑 #

GarageBand这类官方应用能完全利用多通道接口，是因为它们直接调用Core Audio的底层HAL（硬件抽象层）API，绕过了AVAudioEngine的高层封装限制。AVAudioEngine为了简化开发做了很多妥协，在多通道场景下灵活性不足，如果需要完全兼容复杂的多通道USB接口，建议结合底层Core Audio API实现。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kakhi Kiknadze