基於libmad的MP3解碼播放器

      libmad：是一個開源的高精度mpeg音頻解碼庫，支持 MPEG-1（Layer I, Layer II 和 LayerIII（也就是 MP3）。LIBMAD 提供 24-bit 的 PCM 輸出，徹底是定點計算，很是適合沒有浮點支持的平臺上使用。使用 libmad 提供的一系列 API，就能夠很是簡單地實現 MP3 數據解碼工做。在 libmad 的源代碼文件目錄下的 mad.h 文件中，能夠看到絕大部分該庫的數據結構和 API 等。

     PCM編碼：即爲脈衝代碼調製編碼。
PCM經過抽樣，量化，編碼三個步驟將連續的模擬信號轉換成數字編碼。

libmad中的主要數據結構：

主要數據結構	做用
struct mad_stream	存放解碼前的Bitstream數據
struct mad_synth	存放解碼合成濾波後的PCM數據
struct mad_pcm	定義了音頻的採樣率，聲道個數和PCM採樣數據,用來初始化音頻
struct mad_frame	記錄MPEG幀解碼後PCM數據的數據結構，其中的mad_header用來記錄MPEG幀的基本信息，好比MPEG層數、聲道模式、流比特率、採樣比特率。聲道模式包括單聲道、雙聲道、聯合立體混音道以及通常立體聲。

      MAD經過回調函數機制來實現解碼，每一個回調函數會返回一個枚舉類型mad_flow,經過mad_flow能夠控制解碼的過程。在未經處理的狀況下，MAD通常輸出32bit，以little endian格式存放在mad_fixed_t中的數據。可是大多數的聲卡並能支持輸出高達32bit精度的數據，於是還必須對mad_fixed_t進行量化，圓滑處理以及抖動，使到採樣信號降到16bit精度。MAD負責的只是解碼的過程，它工做過程是：從外部獲取輸入，逐幀解碼，在解碼的過程當中返回信息，而後獲得解碼結果。開發人員要手動設置輸入輸出。

在libmad中提供了一個解碼源程序minimad.c，實現了將MP3文件解碼成pcm數據，並將其數據顯示在終端上。

     如今就以該源碼程序爲例，來寫出咱們本身的基於libmad的MP3播放器。
在咱們打開咱們的音頻程序之時同時也打開咱們的音頻設備"/dev/dsp"。

 

static int sfd;
if((sfd = open("/dev/dsp", O_WRONLY)) < 0)
{
    printf("can not open device!!!/n");
    return 1;
}

    通常來講，咱們的MP3文件都是立體音，有2個聲道，因爲要把pcm採樣後並處理的數據放入一個char型的數組，而並行的左右聲道的每一個採樣要在字符數組中處理成2個，因此字符數組中的數據的個數應該是pcm音頻採樣數的4倍。又由於把左右聲道的數據合在一個字符數組裏串行處理，因此播放的速度應該是pcm音頻採樣率的兩倍。

static
enum mad_flow output(void *data,
             struct mad_header const *header, struct mad_pcm *pcm)
{
    unsigned int nchannels, nsamples, n;
    mad_fixed_t const *left_ch, *right_ch;
    unsigned char Output[6912], *OutputPtr;
    int fmt, wrote, speed;

    nchannels = pcm->channels;
    n = nsamples = pcm->length;
    left_ch = pcm->samples[0];
    right_ch = pcm->samples[1];

    fmt = AFMT_S16_LE;
    speed = pcm->samplerate * 2;    /*播放速度是採樣率的兩倍 */
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_SPEED, &(speed));
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_SETFMT, &fmt);
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_CHANNELS, &(pcm->channels));
    OutputPtr = Output;
    while (nsamples--) {
    signed int sample;
    sample = scale(*left_ch++);
    *(OutputPtr++) = sample >> 0;
    *(OutputPtr++) = sample >> 8;
    if (nchannels == 2) {
        sample = scale(*right_ch++);
        *(OutputPtr++) = sample >> 0;
        *(OutputPtr++) = sample >> 8;
    }
    }
    n *= 4;         /*數據長度爲pcm音頻採樣的4倍 */
    OutputPtr = Output;
    while (n) {
    wrote = write(sfd, OutputPtr, n);
    OutputPtr += wrote;
    n -= wrote;
    }
    OutputPtr = Output;
    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}

下面就以一個簡單的實例來講明問題：

 

# include <stdio.h>
# include <stdlib.h>
# include <unistd.h>
# include <sys/stat.h>
# include <sys/mman.h>
# include <sys/soundcard.h>
# include <sys/ioctl.h>
# include <sys/fcntl.h>
# include <sys/types.h>
# include <mad.h>
struct buffer {
    unsigned char const *start;
    unsigned long length;
};
static int sfd;         /*聲音設備的描述符 */
static int decode(unsigned char const *, unsigned long);
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct stat stat;
    void *fdm;
    char const *file;
    int fd;
    file = argv[1];
    fd = open(file, O_RDONLY);
    if ((sfd = open("/dev/dsp", O_WRONLY)) < 0) {
    printf("can not open device!!!/n");
    return 5;
    }
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_SYNC, 0); /*此句能夠不要 */
    if (fstat(fd, &stat) == -1 || stat.st_size == 0)
    return 2;
    fdm = mmap(0, stat.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (fdm == MAP_FAILED)
    return 3;
    decode(fdm, stat.st_size);
    if (munmap(fdm, stat.st_size) == -1)
    return 4;
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_RESET, 0);
    close(sfd);
    return 0;
}
static
enum mad_flow input(void *data, struct mad_stream *stream)
{
    struct buffer *buffer = data;
    if (!buffer->length)
    return MAD_FLOW_STOP;
    mad_stream_buffer(stream, buffer->start, buffer->length);
    buffer->length = 0;
    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}
/*這一段是處理採樣後的pcm音頻 */
static inline signed int scale(mad_fixed_t sample)
{
    sample += (1L << (MAD_F_FRACBITS - 16));
    if (sample >= MAD_F_ONE)
    sample = MAD_F_ONE - 1;
    else if (sample < -MAD_F_ONE)
    sample = -MAD_F_ONE;
    return sample >> (MAD_F_FRACBITS + 1 - 16);
}
static
enum mad_flow output(void *data,
             struct mad_header const *header, struct mad_pcm *pcm)
{
    unsigned int nchannels, nsamples, n;
    mad_fixed_t const *left_ch, *right_ch;
    unsigned char Output[6912], *OutputPtr;
    int fmt, wrote, speed;

    nchannels = pcm->channels;
    n = nsamples = pcm->length;
    left_ch = pcm->samples[0];
    right_ch = pcm->samples[1];

    fmt = AFMT_S16_LE;
    speed = pcm->samplerate * 2;    /*播放速度是採樣率的兩倍 */
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_SPEED, &(speed));
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_SETFMT, &fmt);
    ioctl(sfd, SNDCTL_DSP_CHANNELS, &(pcm->channels));
    OutputPtr = Output;
    while (nsamples--) {
    signed int sample;
    sample = scale(*left_ch++);
    *(OutputPtr++) = sample >> 0;
    *(OutputPtr++) = sample >> 8;
    if (nchannels == 2) {
        sample = scale(*right_ch++);
        *(OutputPtr++) = sample >> 0;
        *(OutputPtr++) = sample >> 8;
    }
    }
    n *= 4;         /*數據長度爲pcm音頻採樣的4倍 */
    OutputPtr = Output;
    while (n) {
    wrote = write(sfd, OutputPtr, n);
    OutputPtr += wrote;
    n -= wrote;
    }
    OutputPtr = Output;
    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}

static
enum mad_flow error(void *data,
            struct mad_stream *stream, struct mad_frame *frame)
{
    return MAD_FLOW_CONTINUE;
}

static
int decode(unsigned char const *start, unsigned long length)
{
    struct buffer buffer;
    struct mad_decoder decoder;
    int result;
    buffer.start = start;
    buffer.length = length;
    mad_decoder_init(&decoder, &buffer, input, 0, 0, output, error, 0);
    mad_decoder_options(&decoder, 0);
    result = mad_decoder_run(&decoder, MAD_DECODER_MODE_SYNC);
    mad_decoder_finish(&decoder);
    return result;
}