SDL開發筆記（二）：音頻基礎介紹、使用SDL播放音頻
若該文爲原創文章，未經容許不得轉載
原博主博客地址：https://blog.csdn.net/qq21497936
原博主博客導航：http://www.noobyard.com/article/p-gebpnuxb-mo.html
本文章博客地址：http://www.noobyard.com/article/p-rzssdsnn-mo.html
紅胖子(紅模仿)的博文大全：開發技術集合（包含Qt實用技術、樹莓派、三維、OpenCV、OpenGL、ffmpeg、OSG、單片機、軟硬結合等等）持續更新中…（點擊傳送門）web
Qt開發專欄：三方庫開發技術（點擊傳送門）
上一篇：《SDL開發筆記（一）：SDL介紹、編譯使用以及工程模板》
下一篇：《SDL開發筆記（三）：使用SDL渲染窗口顏色和圖片》緩存
前言
對於Qt應用來講，爲了更大的跨平臺通用性，使用SDL播放音頻，同時也能作更多的擴充操做。安全
聲波
聲音是經過空氣傳播的一種連續的波，簡稱聲波。聲音的強弱體如今聲波壓力的大小上，音調的音調體如今聲音的頻率上。
聲音信號由兩個基本參數是頻率和復讀。信號的頻率指的是信號每秒變化的次數，用Hz表示。
頻率範圍爲20Hz ~ 20Khz的信號成爲音頻信號。該範圍內的音頻聲音幅度在0~120dB之間，可被人感知到。
聲音轉換爲數字信號，則成爲音頻信號。svg
音頻信號
音頻信號（acoustic signals）是帶有語音、音樂和音效的有規律的聲波的頻率、幅度變化信息載體。根據聲波的特徵，可把音頻信息分類爲規則音頻和不規則聲音。其中規則音頻又能夠分爲語音、音樂和音效。規則音頻是一種連續變化的模擬信號，可用一條連續的曲線來表示，稱爲聲波。
聲音的三個要素是音調、音強和音色。聲波或正弦波有三個重要參數：頻率 ω0、幅度An和相位ψn ，這也就決定了音頻信號的特徵。
對音頻信號進行採樣，模擬信號數字化後，就是數字音頻信號了。函數
數字音頻信號
數字音頻計算機數據的存儲是以0、1的形式存取的，那麼數字音頻就是首先將音頻文件轉化，接着再將這些電平信號轉化成二進制數據保存，播放的時候就把這些數據轉換爲模擬的電平信號再送到喇叭播出，數字聲音和通常磁帶、廣播、電視中的聲音就存儲播放方式而言有着本質區別。相比而言，它具備存儲方便、存儲成本低廉、存儲和傳輸的過程當中沒有聲音的失真、編輯和處理很是方便等特色。
數字音頻信號，就是咱們最終處理的音頻數據。
音頻數字信號信號具有幾個特徵：測試
量化級
簡單地說就是描述聲音波形的數據是多少位的二進制數據，一般用bit作單位，如16bit、24bit。16bit量化級記錄聲音的數據是用16位的二進制數，所以，量化級也是數字聲音質量的重要指標。咱們形容數字聲音的質量，一般就描述爲24bit（量化級）、48KHz採樣，好比標準CD音樂的質量就是16bit、44.1KHz採樣。ui
聲道
能夠簡單的理解爲經過一個振膜採樣到的音頻數據就是一個聲道，兩個振膜就是兩個聲道，以此類推。振膜通常有大、中、小三種尺寸，尺寸越大，對聲波越敏感，成本也越高。一個麥克風裏面有的有一個振膜，有的有兩個振膜。一個振膜的麥克風進行的是Mono單聲道錄音，兩個振膜的麥克風進行的是Stereo雙聲道立體聲錄音。五聲道環繞立體聲錄音就是麥克風1錄取東北方向的聲音，麥克風2錄取西北方向的聲音，麥克風3錄取西南方向的聲音，麥克風4錄取東南方向的聲音，麥克風5錄取正前方的聲音。另外還有四聲道環繞立體聲錄音和七聲道環繞立體聲錄音。.net
採樣率
簡單地說就是經過波形採樣的方法記錄1秒鐘長度的聲音，須要多少個數據。44KHz採樣率的聲音就是要花費44000個數據來描述1秒鐘的聲音波形。原則上採樣率越高，聲音的質量越好。線程
比特率
按鍵渲染顏色一種數字音樂壓縮效率的參考性指標，表示記錄音頻數據每秒鐘所須要的平均比特值（比特是電腦中最小的數據單位，指一個0或者1的數），一般咱們使用Kbps(通俗地講就是每秒鐘1024比特)做爲單位。CD中的數字音樂比特率爲1411.2Kbps（也就是記錄1秒鐘的CD音樂，須要1411.2×1024比特的數據），近乎於CD音質的MP3數字音樂須要的比特率大約是112Kbps～128Kbps。指針
壓縮率
一般指音樂文件壓縮前和壓縮後大小的比值，用來簡單描述數字聲音的壓縮效率。
SDL音頻播放流程解析
基本流程以下：
步驟一：初始化子系統
初始化音頻系統，其餘多餘的系統不用初始化。
步驟二：根據音頻信息打開音頻設備
填充好SDL_AudioSpec音頻信息，打開音頻設備，此時會返回最接近的音頻設備，若沒有接近的則第二個參數返回0，此時咱們直接第二個參數如0，無需返回。
步驟三：開始播放
使用SDL_PauseAudio(0)進行播放。
步驟四：循環補充數據
根據緩衝區數據長度和文件剩餘的數據長度進行補充，若緩衝區數據沒了，就補充一次，使用SDL_Delay進行1ms的延遲，用當前緩存區剩餘未播放的長度大於0結合前面的延遲進行等待。
步驟四（附加）：回調函數
開始播放後，會有音頻其餘子線程來調用回調函數，進行音頻數據的補充，通過測試每次補充4096個字節。
步驟五：關閉音頻設別
步驟六：退出SDL系統
SDL播放音頻相關變量
struct SDL_AudioSpec
SDL_AudioSpec是包含音頻輸出格式的結構體，同時它也包含當音頻設備須要更多數據時調用的回調函數，此結構體是關鍵。
typedef struct SDL_AudioSpec
{
int freq; // DSP頻率—每秒採樣數
SDL_AudioFormat format; // 音頻數據格式
Uint8 channels; // 通道數1-單聲道，2-立體聲
Uint8 silence; // 音頻緩衝靜音值（計算）
Uint16 samples; // 基本是5十二、1024設置不合適可能會致使卡頓’
Uint16 padding; // 對於某些編譯環境是必需的
Uint32 size; // 音頻緩衝區大小（字節）（計算）
SDL_AudioCallback callback; // 爲音頻設備提供數據回調(空值使用SDL 自身預先定義的SDL_QueueAudio ()回調函數)
void *userdata; // 傳遞給回調的Userdata（對於空回調忽略）
} SDL_AudioSpec;
舉例：播放pcm音頻「匆匆那年-44100-16位-雙通道.pcm」
// 音頻結構體設置 SDL_AudioSpec sdlAudioSpec; sdlAudioSpec.freq = 44100; sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16SYS; sdlAudioSpec.channels = 1; sdlAudioSpec.silence = 0; sdlAudioSpec.samples = 1024; sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData; sdlAudioSpec.userdata = 0;
SDL播放音頻相關原型
SDL_Init()
int SDLCALL SDL_Init(Uint32 flags);
使用此函數初始化SDL庫，必須在使用大多數其餘SDL函數以前調用它，初始化的時候儘可能作到「夠用就好」，而不要用SDL_INIT_EVERYTHING。會出現一些不可預知的問題。
- 參數一：輸入初始化的設備
SDL_OpenAudio()
int SDL_OpenAudio(SDL_AudioSpec * desired,
SDL_AudioSpec * obtained);
此函數使用所需參數打開音頻設備，而後若是成功，則返回0，將實際硬件參數放入已得到指向的結構。若是得到的爲空，則音頻傳遞給回調函數的數據將被保證在請求的格式，並將自動轉換爲硬件音頻格式（若有必要）。若是失敗，此函數返回-1，則沒法打開音頻設備，或沒法設置音頻線程。
- 參數一：輸入須要打開的音頻設備參數；
- 參數二：返回打開成功的音頻設備參數；
SDL_PauseAudio()
extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on);
暫停音頻功能。函數暫停和取消暫停音頻回調處理。
打開音頻後，應使用參數0調用它們開始播放聲音的設備。這樣就能夠在打開音頻設備後安全地初始化回調函數的數據。
暫停期間，靜音將寫入音頻設備。
SDL_MixAudio：混音播放函數
void SDL_MixAudio(Uint8 * dst,
const Uint8 * src,
Uint32 len,
int volume);
這須要播放音頻格式和混音的兩個音頻緩衝區它們執行加法、音量調節和溢出剪輯。音量的範圍從0到128，應設置爲SDL_MIX_MAXVOLUME全音頻音量。注意這不會改變硬件的音量。
這是爲了方便起見，能夠混合音頻數據。
- 參數一：目標數據，這個是回調函數裏面的stream指針指向的，直接使用回調的stream指針便可。
- 參數二：音頻數據，這個是將須要播放的音頻數據混到stream裏面去，那麼這裏就是咱們須要填充的播放的數據。
- 參數三：音頻數據的長度，這個是咱們填充過去的長度。
- 參數四：音量，0~128範圍，SAL_MIX_MAXVOLUME爲128，設置的是軟音量，不是硬件的音響。
SDL_Delay()
void SDL_Delay(Uint32 ms);
在返回以前等待指定的毫秒數。
SDL_Quit()
void SDLCALL SDL_Quit(void);
此函數用於清除全部初始化的子系統。在全部退出條件後調用它。
本文章博客地址：http://www.noobyard.com/article/p-rzssdsnn-mo.html
Demo源碼
void SDLManager::testPlayPCM()
{
int ret = 0;
// 音頻結構體
SDL_AudioSpec sdlAudioSpec;
// sdlAudioSpec.freq = 44100;
sdlAudioSpec.freq = 22050;
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_U8; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_S8; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16LSB; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16LSB; // √
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16MSB; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16LSB; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16MSB; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_U16; // x
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16; // √
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16SYS; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_S32SYS; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_F32SYS; // x
// sdlAudioSpec.format = AUDIO_F32MSB; // x
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.silence = 0;
sdlAudioSpec.samples = 1024; // 致使錯誤512~1024之間
sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData;
sdlAudioSpec.userdata = 0;
QString fileName;
#if 0
fileName = "testPCM/王妃-22050-16位-單通道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 22050;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 1
fileName = "testPCM/匆匆那年-44100-16位-雙通道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 44100;
sdlAudioSpec.channels = 2;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/北京北京8k16bits單聲道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 8000;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/冰雨片斷48k16bit單聲道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 48000;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
fileName = "testPCM/浪花一朵朵片斷48k16bit單聲道.pcm";
sdlAudioSpec.freq = 48000;
sdlAudioSpec.channels = 1;
sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
QFile file(fileName);
if(!file.open(QIODevice::ReadOnly))
{
LOG << "Failed" << file.exists();
return;
}
// 步驟一：初始化音頻子系統
ret = SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO);
if(ret)
{
LOG << "Failed";
return;
}
// 步驟二：打開音頻設備
ret = SDL_OpenAudio(&sdlAudioSpec, 0);
if(ret)
{
LOG << "Failed";
return;
}
// 步驟三：開始播放
SDL_PauseAudio(0);
#if 1
// 步驟四：一次性讀取全部的數據
QByteArray data = file.readAll();
int pos = 0;
_audioPos = (uint8_t *)data.data();
_audioLen = data.size();
pos += data.size();
while(_audioLen > 0)
{
SDL_Delay(1);
}
#else
// 步驟四：一次性讀取4096
int readSize = 4096;
while(true)
{
_audioPos = (uint8_t *)file.read(readSize).data();
_audioLen = readSize;
while(_audioLen > 0)
{
SDL_Delay(1);
}
}
#endif
// 步驟：播放完畢
SDL_CloseAudio();
// 步驟：釋放SDL
SDL_Quit();
if(file.isOpen())
{
file.close();
return;
}
}
void SDLManager::callBack_fillAudioData(void *userdata, uint8_t *stream, int len)
{
SDL_memset(stream, 0, len);
if(_audioLen == 0)
{
return;
}
len = (len > _audioLen ? _audioLen : len);
SDL_MixAudio(stream, _audioPos, len, SDL_MIX_MAXVOLUME);
_audioPos += len;
_audioLen -= len;
// 每次加載4096
LOG << len;
}
工程模板：對應版本號v1.1.0
對應版本號v1.1.0：播放裸PCM數據。
上一篇：《SDL開發筆記（一）：SDL介紹、編譯使用以及工程模板》
下一篇：《SDL開發筆記（三）：使用SDL渲染窗口顏色和圖片》
原博主博客地址：https://blog.csdn.net/qq21497936
原博主博客導航：http://www.noobyard.com/article/p-gebpnuxb-mo.html
本文章博客地址：http://www.noobyard.com/article/p-rzssdsnn-mo.html