最簡單的視音頻播放示例9：SDL2播放PCM

時間  2019-11-09
標籤 最簡單 音頻 播放 示例 sdl2 sdl pcm 简体版
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最簡單的視音頻播放示例1：總述
ide

最簡單的視音頻播放示例2：GDI播放YUV, RGB
函數

最簡單的視音頻播放示例3：Direct3D播放YUV，RGB（經過Surface）
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最簡單的視音頻播放示例4：Direct3D播放RGB（經過Texture）
學習

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ui

最簡單的視音頻播放示例6：OpenGL播放YUV420P（經過Texture，使用Shader）
this

最簡單的視音頻播放示例7：SDL2播放RGB/YUV
spa

最簡單的視音頻播放示例8：DirectSound播放PCM
.net

最簡單的視音頻播放示例9：SDL2播放PCM

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本文記錄SDL播放音頻的技術。在這裏使用的版本是SDL2。實際上SDL自己並不提供視音頻播放的功能，它只是封裝了視音頻播放的底層API。在Windows平臺下，SDL封裝了Direct3D這類的API用於播放視頻；封裝了DirectSound這類的API用於播放音頻。由於SDL的編寫目的就是簡化視音頻播放的開發難度，因此使用SDL播放視頻（YUV/RGB）和音頻（PCM）數據很是的容易。


SDL簡介

SDL（Simple DirectMedia Layer）是一套開放源代碼的跨平臺多媒體開發庫，使用C語言寫成。SDL提供了數種控制圖像、聲音、輸出入的函數，讓開發者只要用相同或是類似的代碼就能夠開發出跨多個平臺（Linux、Windows、Mac OS X等）的應用軟件。目前SDL多用於開發遊戲、模擬器、媒體播放器等多媒體應用領域。用下面這張圖能夠很明確地說明SDL的用途。

 

SDL實際上並不限於視音頻的播放，它將功能分紅下列數個子系統（subsystem）：

Video（圖像）：圖像控制以及線程（thread）和事件管理（event）。

Audio（聲音）：聲音控制

Joystick（搖桿）：遊戲搖桿控制

CD-ROM（光盤驅動器）：光盤媒體控制

Window Management（視窗管理）：與視窗程序設計集成

Event（事件驅動）：處理事件驅動

在Windows下，SDL與DirectX的對應關係以下。

SDL

DirectX

SDL_Video、SDL_Image

DirectDraw、Direct3D

SDL_Audio、SDL_Mixer

DirectSound

SDL_Joystick、SDL_Base

DirectInput

SDL_Net

DirectPlay


注：上文內容在《使用SDL播放視頻》的文章中已經介紹，這裏再次重複貼一遍。

SDL播放音頻的流程

SDL播放音頻的流程狠簡單，分爲如下步驟。

1.初始化

1) 初始化SDL。

2) 根據參數（SDL_AudioSpec）打開音頻設備

2.循環播放數據

1) 播放音頻數據。

2) 延時等待播放完成。



下面詳細分析一下上文流程。


1.初始化

1) 初始化SDL。

使用SDL_Init()初始化SDL。該函數能夠肯定但願激活的子系統。SDL_Init()函數原型以下：
[cpp]  view plain  copy
  在CODE上查看代碼片 派生到個人代碼片
  1. int SDLCALL SDL_Init(Uint32 flags)  

其中，flags能夠取下列值：
SDL_INIT_TIMER：定時器
SDL_INIT_AUDIO：音頻
SDL_INIT_VIDEO：視頻
SDL_INIT_JOYSTICK：搖桿
SDL_INIT_HAPTIC：觸摸屏
SDL_INIT_GAMECONTROLLER：遊戲控制器
SDL_INIT_EVENTS：事件
SDL_INIT_NOPARACHUTE：不捕獲關鍵信號（這個不理解）
SDL_INIT_EVERYTHING：包含上述全部選項

有關SDL_Init()有一點須要注意：初始化的時候儘可能作到「夠用就好」，而不要用SDL_INIT_EVERYTHING。由於有些狀況下使用SDL_INIT_EVERYTHING會出現一些不可預知的問題。例如，在MFC應用程序中播放純音頻，若是初始化SDL的時候使用SDL_INIT_EVERYTHING，那麼就會出現聽不到聲音的狀況。後來發現，去掉了SDL_INIT_VIDEO以後，問題才得以解決。

2)根據參數（SDL_AudioSpec）打開音頻設備
使用SDL_OpenAudio()打開音頻設備。該函數須要傳入一個SDL_AudioSpec的結構體。DL_OpenAudio()的原型以下。
[cpp]  view plain  copy
  在CODE上查看代碼片 派生到個人代碼片
  1. int SDLCALL SDL_OpenAudio(SDL_AudioSpec * desired,  
  2.                                           SDL_AudioSpec * obtained);  

它的參數是兩個SDL_AudioSpec結構體，它們的含義：
desired：指望的參數。
obtained：實際音頻設備的參數，通常狀況下設置爲NULL便可。


SDL_AudioSpec結構體的定義以下。
[cpp]  view plain  copy
  在CODE上查看代碼片 派生到個人代碼片
  1. typedef struct SDL_AudioSpec  
  2. {  
  3.     int freq;                   /**< DSP frequency -- samples per second */  
  4.     SDL_AudioFormat format;     /**< Audio data format */  
  5.     Uint8 channels;             /**< Number of channels: 1 mono, 2 stereo */  
  6.     Uint8 silence;              /**< Audio buffer silence value (calculated) */  
  7.     Uint16 samples;             /**< Audio buffer size in samples (power of 2) */  
  8.     Uint16 padding;             /**< Necessary for some compile environments */  
  9.     Uint32 size;                /**< Audio buffer size in bytes (calculated) */  
  10.     SDL_AudioCallback callback;  
  11.     void *userdata;  
  12. } SDL_AudioSpec;  

其中包含了關於音頻各類參數：
freq：音頻數據的採樣率。經常使用的有48000,44100等。
format：音頻數據的格式。舉例幾種格式：
AUDIO_U16SYS：Unsigned 16-bit samples
AUDIO_S16SYS：Signed 16-bit samples
AUDIO_S32SYS：32-bit integer samples
AUDIO_F32SYS：32-bit floating point samples

channels：聲道數。例如單聲道取值爲1，立體聲取值爲2。

正確播放PCM數據須要以上三個參數：


silence：設置靜音的值。
samples：音頻緩衝區中的採樣個數，要求必須是2的n次方。
padding：考慮到兼容性的一個參數。
size：音頻緩衝區的大小，以字節爲單位。
callback：填充音頻緩衝區的回調函數。
userdata：用戶自定義的數據。
在這裏記錄一下填充音頻緩衝區的回調函數的做用。當音頻設備須要更多數據的時候會調用該回調函數。回調函數的格式要求以下。
[cpp]  view plain  copy
  在CODE上查看代碼片 派生到個人代碼片
  1. void (SDLCALL * SDL_AudioCallback) (void *userdata, Uint8 * stream,  
  2.                                             int len);  

回調函數的參數含義以下所示。
userdata：SDL_AudioSpec結構中的用戶自定義數據，通常狀況下能夠不用。
stream：該指針指向須要填充的音頻緩衝區。
len：音頻緩衝區的大小（以字節爲單位）。
在回調函數中能夠使用SDL_MixAudio()完成混音等工做。衆所周知SDL2和SDL1.x關於視頻方面的API差異很大。可是SDL2和SDL1.x關於音頻方面的API是如出一轍的。惟獨在回調函數中，SDL2有一個地方和SDL1.x不同：SDL2中必須首先使用SDL_memset()將stream中的數據設置爲0。


2.循環播放數據
1) 播放音頻數據。
使用SDL_PauseAudio()能夠播放音頻數據。SDL_PauseAudio()的原型以下。
[cpp]  view plain  copy
  在CODE上查看代碼片 派生到個人代碼片
  1. void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on)  

當pause_on設置爲0的時候便可開始播放音頻數據。設置爲1的時候，將會播放靜音的值。

2)延時等待播放完成。
這一步就是延時等待音頻播放完畢了。使用像SDL_Delay()這樣的延時函數便可。

代碼

源代碼以下所示。
[cpp]  view plain  copy
  1. /** 
  2.  * 最簡單的SDL2播放音頻的例子（SDL2播放PCM） 
  3.  * Simplest Audio Play SDL2 (SDL2 play PCM)  
  4.  * 
  5.  * 雷霄驊 Lei Xiaohua 
  6.  * leixiaohua1020@126.com 
  7.  * 中國傳媒大學/數字電視技術 
  8.  * Communication University of China / Digital TV Technology 
  9.  * http://blog.csdn.net/leixiaohua1020 
  10.  * 
  11.  * 本程序使用SDL2播放PCM音頻採樣數據。SDL其實是對底層繪圖 
  12.  * API（Direct3D，OpenGL）的封裝，使用起來明顯簡單于直接調用底層 
  13.  * API。 
  14.  * 
  15.  * 函數調用步驟以下:  
  16.  * 
  17.  * [初始化] 
  18.  * SDL_Init(): 初始化SDL。 
  19.  * SDL_OpenAudio(): 根據參數（存儲於SDL_AudioSpec）打開音頻設備。 
  20.  * SDL_PauseAudio(): 播放音頻數據。 
  21.  * 
  22.  * [循環播放數據] 
  23.  * SDL_Delay(): 延時等待播放完成。 
  24.  * 
  25.  * This software plays PCM raw audio data using SDL2. 
  26.  * SDL is a wrapper of low-level API (DirectSound). 
  27.  * Use SDL is much easier than directly call these low-level API. 
  28.  * 
  29.  * The process is shown as follows: 
  30.  * 
  31.  * [Init] 
  32.  * SDL_Init(): Init SDL. 
  33.  * SDL_OpenAudio(): Opens the audio device with the desired  
  34.  *                  parameters (In SDL_AudioSpec). 
  35.  * SDL_PauseAudio(): Play Audio. 
  36.  * 
  37.  * [Loop to play data] 
  38.  * SDL_Delay(): Wait for completetion of playback. 
  39.  */  
  40.   
  41. #include <stdio.h>  
  42. #include <tchar.h>  
  43.   
  44. extern "C"  
  45. {  
  46. #include "sdl/SDL.h"  
  47. };  
  48.   
  49. //Buffer:  
  50. //|-----------|-------------|  
  51. //chunk-------pos---len-----|  
  52. static  Uint8  *audio_chunk;   
  53. static  Uint32  audio_len;   
  54. static  Uint8  *audio_pos;   
  55.   
  56. /* Audio Callback 
  57.  * The audio function callback takes the following parameters:  
  58.  * stream: A pointer to the audio buffer to be filled  
  59.  * len: The length (in bytes) of the audio buffer  
  60.  *  
  61. */   
  62. void  fill_audio(void *udata,Uint8 *stream,int len){   
  63.     //SDL 2.0  
  64.     SDL_memset(stream, 0, len);  
  65.     if(audio_len==0)  
  66.             return;   
  67.     len=(len>audio_len?audio_len:len);  
  68.   
  69.     SDL_MixAudio(stream,audio_pos,len,SDL_MIX_MAXVOLUME);  
  70.     audio_pos += len;   
  71.     audio_len -= len;   
  72. }   
  73.   
  74. int main(int argc, char* argv[])  
  75. {  
  76.     //Init  
  77.     if(SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO | SDL_INIT_TIMER)) {    
  78.         printf( "Could not initialize SDL - %s\n", SDL_GetError());   
  79.         return -1;  
  80.     }  
  81.     //SDL_AudioSpec  
  82.     SDL_AudioSpec wanted_spec;  
  83.     wanted_spec.freq = 44100;   
  84.     wanted_spec.format = AUDIO_S16SYS;   
  85.     wanted_spec.channels = 2;   
  86.     wanted_spec.silence = 0;   
  87.     wanted_spec.samples = 1024;   
  88.     wanted_spec.callback = fill_audio;   
  89.   
  90.     if (SDL_OpenAudio(&wanted_spec, NULL)<0){   
  91.         printf("can't open audio.\n");   
  92.         return -1;   
  93.     }   
  94.   
  95.     FILE *fp=fopen("../NocturneNo2inEflat_44.1k_s16le.pcm","rb+");  
  96.     if(fp==NULL){  
  97.         printf("cannot open this file\n");  
  98.         return -1;  
  99.     }  
  100.     int pcm_buffer_size=4096;  
  101.     char *pcm_buffer=(char *)malloc(pcm_buffer_size);  
  102.     int data_count=0;  
  103.   
  104.     //Play  
  105.     SDL_PauseAudio(0);  
  106.   
  107.     while(1){  
  108.         if (fread(pcm_buffer, 1, pcm_buffer_size, fp) != pcm_buffer_size){  
  109.             // Loop  
  110.             fseek(fp, 0, SEEK_SET);  
  111.             fread(pcm_buffer, 1, pcm_buffer_size, fp);  
  112.             data_count=0;  
  113.         }  
  114.         printf("Now Playing %10d Bytes data.\n",data_count);  
  115.         data_count+=pcm_buffer_size;  
  116.         //Set audio buffer (PCM data)  
  117.         audio_chunk = (Uint8 *) pcm_buffer;   
  118.         //Audio buffer length  
  119.         audio_len =pcm_buffer_size;  
  120.         audio_pos = audio_chunk;  
  121.           
  122.         while(audio_len>0)//Wait until finish  
  123.             SDL_Delay(1);   
  124.     }  
  125.     free(pcm_buffer);  
  126.     SDL_Quit();  
  127.   
  128.     return 0;  
  129. }  


運行結果

運行的結果以下圖所示。運行的時候能夠聽見音樂播放的聲音。

 

下載

代碼位於「Simplest Media Play」中



SourceForge項目地址：https://sourceforge.net/projects/simplestmediaplay/

CSDN下載地址：http://download.csdn.net/detail/leixiaohua1020/8054395

注：

該項目會不定時的更新並修復一些小問題，最新的版本請參考該系列文章的總述頁面：

 《最簡單的視音頻播放示例1：總述》


上述工程包含了使用各類API（Direct3D，OpenGL，GDI，DirectSound，SDL2）播放多媒體例子。其中音頻輸入爲PCM採樣數據。輸出至系統的聲卡播放出來。視頻輸入爲YUV/RGB像素數據。輸出至顯示器上的一個窗口播放出來。
經過本工程的代碼初學者能夠快速學習使用這幾個API播放視頻和音頻的技術。
一共包括了以下幾個子工程：
simplest_audio_play_directsound:  使用DirectSound播放PCM音頻採樣數據。
simplest_audio_play_sdl2: 使用SDL2播放PCM音頻採樣數據。
simplest_video_play_direct3d:  使用Direct3D的Surface播放RGB/YUV視頻像素數據。
simplest_video_play_direct3d_texture:使用Direct3D的Texture播放RGB視頻像素數據。
simplest_video_play_gdi:  使用GDI播放RGB/YUV視頻像素數據。
simplest_video_play_opengl:  使用OpenGL播放RGB/YUV視頻像素數據。
simplest_video_play_opengl_texture: 使用OpenGL的Texture播放YUV視頻像素數據。
simplest_video_play_sdl2:  使用SDL2播放RGB/YUV視頻像素數據。
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