关于音频:SDL开发笔记二音频基础介绍使用SDL播放音频

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对于 Qt 利用来说，为了更大的跨平台通用性，应用 SDL 播放音频，同时也能做更多的裁减操作。

声音是通过空气流传的一种间断的波，简称声波。声音的强弱体现在声波压力的大小上，音调的音调体现在声音的频率上。
声音信号由两个基本参数是频率和复读。信号的频率指的是信号每秒变动的次数，用 Hz 示意。
频率范畴为 20Hz~20Khz 的信号成为音频信号。该范畴内的音频声音幅度在 0~120dB 之间，可被人感知到。
声音转换为数字信号，则成为音频信号。

音频信号（acoustic signals）是带有语音、音乐和音效的有法则的声波的频率、幅度变动信息载体。依据声波的特色，可把音频信息分类为规定音频和不规则声音。其中规定音频又能够分为语音、音乐和音效。规定音频是一种间断变动的模拟信号，可用一条间断的曲线来示意，称为声波。
声音的三个因素是音调、音强和音色。声波或正弦波有三个重要参数：频率 ω0、幅度 An 和相位 ψn，这也就决定了音频信号的特色。
对音频信号进行采样，模拟信号数字化后，就是数字音频信号了。

数字音频计算机数据的存储是以 0、1 的模式存取的，那么数字音频就是首先将音频文件转化，接着再将这些电平信号转化成二进制数据保留，播放的时候就把这些数据转换为模仿的电平信号再送到喇叭播出，数字声音和个别磁带、播送、电视中的声音就存储播放形式而言有着本质区别。相比而言，它具备存储不便、存储老本低廉、存储和传输的过程中没有声音的失真、编辑和解决十分不便等特点。
数字音频信号，就是咱们最终解决的音频数据。
音频数字信号信号具备几个特色：

简略地说就是形容声音波形的数据是多少位的二进制数据，通常用 bit 做单位，如 16bit、24bit。16bit 量化级记录声音的数据是用 16 位的二进制数，因而，量化级也是数字声音品质的重要指标。咱们形容数字声音的品质，通常就形容为 24bit（量化级）、48KHz 采样，比方规范 CD 音乐的品质就是 16bit、44.1KHz 采样。

能够简略的了解为通过一个振膜采样到的音频数据就是一个声道，两个振膜就是两个声道，以此类推。振膜个别有大、中、小三种尺寸，尺寸越大，对声波越敏感，老本也越高。一个麦克风外面有的有一个振膜，有的有两个振膜。一个振膜的麦克风进行的是 Mono 单声道录音，两个振膜的麦克风进行的是 Stereo 双声道立体声录音。五声道盘绕立体声录音就是麦克风 1 录取东北方向的声音，麦克风 2 录取东南方向的声音，麦克风 3 录取东北方向的声音，麦克风 4 录取西北方向的声音，麦克风 5 录取正前方的声音。另外还有四声道盘绕立体声录音和七声道盘绕立体声录音。

简略地说就是通过波形采样的办法记录 1 秒钟长度的声音，须要多少个数据。44KHz 采样率的声音就是要花费 44000 个数据来形容 1 秒钟的声音波形。原则上采样率越高，声音的品质越好。

一种数字音乐压缩效率的参考性指标，示意记录音频数据每秒钟所须要的均匀比特值（比特是电脑中最小的数据单位，指一个 0 或者 1 的数），通常咱们应用 Kbps(艰深地讲就是每秒钟 1024 比特)作为单位。CD 中的数字音乐比特率为 1411.2Kbps（也就是记录 1 秒钟的 CD 音乐，须要 1411.2×1024 比特的数据），近乎于 CD 音质的 MP3 数字音乐须要的比特率大概是 112Kbps～128Kbps。

通常指音乐文件压缩前和压缩后大小的比值，用来简略形容数字声音的压缩效率。

根本流程如下：

初始化音频系统，其余多余的零碎不必初始化。

填充好 SDL_AudioSpec 音频信息，关上音频设备，此时会返回最靠近的音频设备，若没有靠近的则第二个参数返回 0，此时咱们间接第二个参数如 0，无需返回。

应用 SDL_PauseAudio(0)进行播放。

依据缓冲区数据长度和文件残余的数据长度进行补充，若缓冲区数据没了，就补充一次，应用 SDL_Delay 进行 1ms 的提早，用以后缓存区残余未播放的长度大于 0 联合后面的提早进行期待。

开始播放后，会有音频其余子线程来调用回调函数，进行音频数据的补充，通过测试每次补充 4096 个字节。

SDL_AudioSpec 是蕴含音频输入格局的构造体，同时它也蕴含当音频设备须要更多数据时调用的回调函数，此构造体是要害。

typedef struct SDL_AudioSpec
{
    int freq;                   // DSP 频率—每秒采样数
    SDL_AudioFormat format;     // 音频数据格式
    Uint8 channels;             // 通道数 1 - 单声道，2- 立体声
    Uint8 silence;              // 音频缓冲静音值（计算）Uint16 samples;             // 根本是 512、1024 设置不适合可能会导致卡顿’Uint16 padding;             // 对于某些编译环境是必须的
    Uint32 size;                // 音频缓冲区大小（字节）（计算）SDL_AudioCallback callback; // 为音频设备提供数据回调 (空值应用 SDL 本身事后定义的 SDL_QueueAudio () 回调函数)
    void *userdata;             // 传递给回调的 Userdata（对于空回调疏忽）} SDL_AudioSpec;

举例：播放 pcm 音频“匆匆那年 -44100-16 位 - 双通道.pcm”

// 音频构造体设置
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;

int SDLCALL SDL_Init(Uint32 flags);

应用此函数初始化 SDL 库，必须在应用大多数其余 SDL 函数之前调用它，初始化的时候尽量做到“够用就好”，而不要用 SDL_INIT_EVERYTHING。会呈现一些不可预知的问题。

参数一：输出初始化的设施

int SDL_OpenAudio(SDL_AudioSpec * desired,
                  SDL_AudioSpec * obtained);

此函数应用所需参数关上音频设备，而后如果胜利，则返回 0，将理论硬件参数放入已取得指向的构造。如果取得的为空，则音频传递给回调函数的数据将被保障在申请的格局，并将主动转换为硬件音频格式（如有必要）。如果失败，此函数返回 -1，则无奈关上音频设备，或无奈设置音频线程。

参数一：输出须要关上的音频设备参数；
参数二：返回关上胜利的音频设备参数；

extern DECLSPEC void SDLCALL SDL_PauseAudio(int pause_on);

暂停音频性能。函数暂停和勾销暂停音频回调解决。
关上音频后，应应用参数 0 调用它们开始播放声音的设施。这样就能够在关上音频设备后平安地初始化回调函数的数据。
暂停期间，静音将写入音频设备。

void SDL_MixAudio(Uint8 * dst,
                 const Uint8 * src,
                 Uint32 len,
                 int volume);

这须要播放音频格式和混音的两个音频缓冲区它们执行加法、音量调节和溢出剪辑。音量的范畴从 0 到 128，应设置为 SDL_MIX_MAXVOLUME 全音频音量。留神这不会扭转硬件的音量。
这是为了不便起见，能够混合音频数据。

参数一：指标数据，这个是回调函数外面的 stream 指针指向的，间接应用回调的 stream 指针即可。
参数二：音频数据，这个是将须要播放的音频数据混到 stream 外面去，那么这里就是咱们须要填充的播放的数据。
参数三：音频数据的长度，这个是咱们填充过来的长度。
参数四：音量，0~128 范畴，SAL_MIX_MAXVOLUME 为 128，设置的是软音量，不是硬件的音响。

void SDL_Delay(Uint32 ms);

在返回之前期待指定的毫秒数。

void SDLCALL SDL_Quit(void);

此函数用于革除所有初始化的子系统。在所有退出条件后调用它。

void SDLManager::testPlayPCM()
{
    int ret = 0;
    // 音频构造体
    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;    // 导致谬误 512~1024 之间
    sdlAudioSpec.callback = callBack_fillAudioData;
    sdlAudioSpec.userdata = 0;

    QString fileName;

#if 0
    fileName = "testPCM/ 王妃 -22050-16 位 - 单通道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 22050;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 1
    fileName = "testPCM/ 匆匆那年 -44100-16 位 - 双通道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 44100;
    sdlAudioSpec.channels = 2;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/ 北京北京 8k16bits 单声道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 8000;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/ 冰雨片段 48k16bit 单声道.pcm";
    sdlAudioSpec.freq = 48000;
    sdlAudioSpec.channels = 1;
    sdlAudioSpec.format = AUDIO_S16;
#endif
#if 0
    fileName = "testPCM/ 浪花一朵朵片段 48k16bit 单声道.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;
    }


    // 步骤一：初始化音频子系统
    ret = SDL_Init(SDL_INIT_AUDIO);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }

    // 步骤二：关上音频设备
    ret = SDL_OpenAudio(&sdlAudioSpec, 0);
    if(ret)
    {
        LOG << "Failed";
        return;
    }

    // 步骤三：开始播放
    SDL_PauseAudio(0);

#if 1
    // 步骤四：一次性读取所有的数据
    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
    // 步骤四：一次性读取 4096
    int readSize = 4096;
    while(true)
    {_audioPos = (uint8_t *)file.read(readSize).data();
        _audioLen = readSize;
        while(_audioLen > 0)
        {SDL_Delay(1);
        }
    }
#endif
    // 步骤：播放结束
    SDL_CloseAudio();

    // 步骤：开释 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;

    // 每次加载 4096
    LOG << len;
}

对应版本号 v1.1.0：播放裸 PCM 数据。

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正文完

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2020-09-15

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前言

声波

音频信号

数字音频信号

量化级

声道

采样率

比特率

压缩率

SDL 音频播放流程解析

步骤一：初始化子系统

步骤二：依据音频信息关上音频设备

步骤三：开始播放

步骤四：循环补充数据

步骤四（附加）：回调函数

步骤五：敞开音频设别

步骤六：退出 SDL 零碎

SDL 播放音频相干变量

struct SDL_AudioSpec

SDL 播放音频相干原型

SDL_Init()

SDL_OpenAudio()

SDL_PauseAudio()

SDL_MixAudio：混音播放函数

SDL_Delay()

SDL_Quit()

Demo 源码

工程模板：对应版本号 v1.1.0

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前言

声波

音频信号

数字音频信号

量化级

声道

采样率

比特率

压缩率

SDL 音频播放流程解析

步骤一：初始化子系统

步骤二：依据音频信息关上音频设备

步骤三：开始播放

步骤四：循环补充数据

步骤四（附加）：回调函数

步骤五：敞开音频设别

步骤六：退出 SDL 零碎

SDL 播放音频相干变量

struct SDL_AudioSpec

SDL 播放音频相干原型

SDL_Init()

SDL_OpenAudio()

SDL_PauseAudio()

SDL_MixAudio：混音播放函数

SDL_Delay()

SDL_Quit()

Demo 源码

工程模板：对应版本号 v1.1.0

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